复压闭锁元件在风电场保护配置中的应用

王 婷

（吉林省一金电力工程有限公司，吉林 长春 130000）

0 引 言

电力系统在发生故障时，电压量会产生相应的变化，不对称故障会产生负序和零序分量，利用这一现象可以构成检测不同序分量的保护，完成故障的切除[1]。风电场保护配置中常利用低电压、负序电压、零序电压来进行复压闭锁，以提高保护动作的可靠性，或用来弥补过流保护灵敏度不足的问题[2]。复压闭锁元件的正确动作成为保护装置正确动作的重要前提条件，但是在风电场继电保护装置校验的过程中，人们普遍比较重视电流量的校验，而对复压闭锁元件仅仅简单设置一个可靠的动作值，这种校验方式可能会导致无法发现复压闭锁元件存在的缺陷，造成故障发生时保护无法正确动作，从而导致事故扩大[3]。本研究主要探讨一种精确校验复压闭锁元件的方法，并给出相应的计算方法。

1 复压闭锁元件在风电场继电保护中的应用

复压闭锁在风电场继电保护中的应用比较广泛，其中复压闭锁过流保护常用于风电场主变压器的高低压后备保护。在变压器保护中，除主变差动、瓦斯等主保护外，主变过电流保护是一种重要的后备保护。按照《电力变压器运行规程》（DL/T 572—2021）的要求，变压器应具备短期急救负载运行的能力，以防止事故过负荷时过流保护误动作[4]。作为变压器总后备的过流保护，此时不应动作，所以增加复压闭锁。复压闭锁过流保护主要是利用了系统发生故障时正序电压会降低、负序电压升高的特点。复压闭锁过流保护既要满足低电压或负序电压的整定前提，又要满足过电流的整定条件，保护才会动作，此时电流定值可以进一步降低，从而提高保护的灵敏度和可靠性。变压器复压过流保护动作的逻辑如图1所示。

图1 变压器复压过流保护动作逻辑

复压闭锁还常用在风电场母线保护中，由于母线所接元件比较多，保护动作所带来的影响较大，为防止保护装置误动带来的巨大影响，母线保护都具有复压闭锁功能，既要满足低电压、负序电压或零序电压的前提又要满足差动电流的动作条件，保护才允许出口，从而提高母线保护动作的可靠性。母差保护复压闭锁元件的逻辑如图2所示。

图2 母差保护复压闭锁元件逻辑图

2 对称分量法

在三相系统中，任意一组不对称的3个相量总可以分解成如下的3组对称分量[5]。

（1）正序分量：三相正序分量的大小相等，相位彼此相差2π/3，相序与系统正常运行方式下的相同。

（2）负序分量：三相负序分量的大小相等，相位彼此相差2π/3，相序与正序相反。

（3）零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。

a在相量计算中相当于将相量逆时针旋转2π/3，a2相当于将相量逆时针旋转4π/3，可得1+a+a2=0。

在对称分量法中，通常取a相作为基准相，即取a相的正、负、零序分量作为代表，并记。

在此情况下，三相的相量与对称分量之间的关系为

从式（2）、式（3）可以看出，3个不对称的相量可以唯一的分解成三组对称的相量，而由3组对称分量可以进行合成而得到唯一的3个不对称相量。

3 风电场保护装置复压闭锁元件的校验方法

风电场很多保护装置都采用了复压闭锁元件，其正确动作是保护装置正确动作的前提条件，因此在保护装置校验中对低电压、负序电压、零序电压元件的校验也很重要[6]。

表1为某风电场的某保护定值单，从中可以看到低压闭锁定值为40 V/相，要求相电压降低至40 V以下后开放复压闭锁条件。零序电压闭锁值为6 V、负序电压闭锁值为4 V，要求零序电压升高至6 V或负序电压升高至4 V，开放闭锁条件，对闭锁条件进行校验方法如下。

表1 风电场保护定值单

3.1 低电压闭锁元件校验

低电压定值比较容易设置，将三相电压降低至想要达到的值即可，如将保护试验仪器的电压设置为40 V/相，但不建议单独将某一相电压降低至40 V，从而得到40 V/相的值。因为此时虽然达到了低电压的设置值，但同时也产生了负序和零序电压，无法确定是低电压元件动作，还是负序或零序电压元件动作，校验方式不严谨。由于电力系统故障时低电压为欠量型变化量，需要按照0.95倍的定值可靠动作，1.05倍的定值不动作进行校验。实际校验要满足电压值为38 V/相时，低电压元件可靠开放，电压值为42 V/相时，低电压元件可靠不开放[7]。

3.2 零序电压闭锁元件校验

通常保护装置中采用的零序电压并不是某一相的零序电压，而是三相零序电压的相量和，也就是通常所说的3U0。根据三相序分量的各自特点，正序分量大小相等，空间上相差120°，相量和等于0，负序分量与正序类似，相量和也等于0，零序分量的3U0就可以直接由三相电压的相量相加得到，其基本原理主要是从前文提到的对称分量法计算得出。

由于式（2）中1+a+a2=0，得出通常用电压的形式表达。保护校验时，通常将A相电压降低，B、C相电压不变，得到的零序电压的模值为正常相B、C相电压与A相电压模值的差。假设A相电压调整后的大小为Ua，B、C相电压为额定相电压，设Ub=Uc=mUa，得到的零序电压为3U0=Ub-Ua，其相位与A相相反。例如，若想输出零序电压为6 V时，则需要调整继电保护测试仪，输出Ua=51.7 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，此时3U0的大小就是6 V，采用相量图的形式表达如图3所示。

图3 零序电压计算相量图

电力系统发生接地故障时，零序电压为增量型变化量，需要按照1.05倍的定值可靠动作，0.95倍的定值不动作进行校验。按照零序电压定值为6 V进行校验时，要满足零序电压为6.3 V时，即Ua=51.4 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，零序电压元件可靠开放；零序电压值为5.7 V时，即Ua=52 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，零序电压元件可靠不开放，满足这两个条件，就证明零序电压元件满足要求。

3.3 负序电压闭锁元件校验

电力系统发生不对称故障时会产生负序电压，此时需要利用对称分量法，通过调整A相的电压输出来得到想要的负序电压。假设A相电压调整后的大小为Ua，B、C相电压为额定相电压，设Ub=Uc=mUa=57.7 V，其相位依旧是A相超前B相，B相超前C相，且相位互差120°，则B相和C相电压可以表示为

根据对称分量法得出

由3.2章节中的内容可知，其中负号代表零序电压相位与A相相反，进一步得出

式中：mUa为额定相电压值；负序电压Ua2为相电压额定值减去A相电压值再除以3，其中负号代表A相负序电压相位与A相相位相反。同样可以采用相量图的形式表达，如图4所示。

图4 正序、负序、零序电压计算相量图

电力系统发生不对称故障时，负序电压为增量型变化量，需要按照1.05倍的定值可靠动作、0.95倍的定值不动作进行校验。按照负序电压定值为4 V进行校验，要满足负序电压为4.2 V时，即Ua=45.1 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，负序电压元件可靠开放；负序电压值为3.8 V时，即Ua=46.3 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，负序电压元件可靠不开放，满足条件，证明负序电压元件满足要求。从这个设定值可以看出，当负序电压满足要求时，零序电压闭锁开放条件也已经满足，为避免此种情况对试验结果造成干扰，可以在进行负序电压闭锁校验时，先将零序电压闭锁定值调高，校验时仅满足负序电压闭锁开放条件，从而实现单一元件的校验。

4 结 论

复合电压闭锁元件在保护装置中的作用十分重要，风电场在进行保护装置校验时，不仅要重视电流量的校验，同时也要注重电压等闭锁条件的校验，提高保护装置的可靠性，从而确保电力系统的安全稳定运行。