復(fù)壓閉鎖元件在風(fēng)電場保護(hù)配置中的應(yīng)用

王 婷

（吉林省一金電力工程有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

電力系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)，電壓量會產(chǎn)生相應(yīng)的變化，不對稱故障會產(chǎn)生負(fù)序和零序分量，利用這一現(xiàn)象可以構(gòu)成檢測不同序分量的保護(hù)，完成故障的切除[1]。風(fēng)電場保護(hù)配置中常利用低電壓、負(fù)序電壓、零序電壓來進(jìn)行復(fù)壓閉鎖，以提高保護(hù)動作的可靠性，或用來彌補(bǔ)過流保護(hù)靈敏度不足的問題[2]。復(fù)壓閉鎖元件的正確動作成為保護(hù)裝置正確動作的重要前提條件，但是在風(fēng)電場繼電保護(hù)裝置校驗(yàn)的過程中，人們普遍比較重視電流量的校驗(yàn)，而對復(fù)壓閉鎖元件僅僅簡單設(shè)置一個(gè)可靠的動作值，這種校驗(yàn)方式可能會導(dǎo)致無法發(fā)現(xiàn)復(fù)壓閉鎖元件存在的缺陷，造成故障發(fā)生時(shí)保護(hù)無法正確動作，從而導(dǎo)致事故擴(kuò)大[3]。本研究主要探討一種精確校驗(yàn)復(fù)壓閉鎖元件的方法，并給出相應(yīng)的計(jì)算方法。

1 復(fù)壓閉鎖元件在風(fēng)電場繼電保護(hù)中的應(yīng)用

復(fù)壓閉鎖在風(fēng)電場繼電保護(hù)中的應(yīng)用比較廣泛，其中復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)常用于風(fēng)電場主變壓器的高低壓后備保護(hù)。在變壓器保護(hù)中，除主變差動、瓦斯等主保護(hù)外，主變過電流保護(hù)是一種重要的后備保護(hù)。按照《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》（DL/T 572—2021）的要求，變壓器應(yīng)具備短期急救負(fù)載運(yùn)行的能力，以防止事故過負(fù)荷時(shí)過流保護(hù)誤動作[4]。作為變壓器總后備的過流保護(hù)，此時(shí)不應(yīng)動作，所以增加復(fù)壓閉鎖。復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)主要是利用了系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)正序電壓會降低、負(fù)序電壓升高的特點(diǎn)。復(fù)壓閉鎖過流保護(hù)既要滿足低電壓或負(fù)序電壓的整定前提，又要滿足過電流的整定條件，保護(hù)才會動作，此時(shí)電流定值可以進(jìn)一步降低，從而提高保護(hù)的靈敏度和可靠性。變壓器復(fù)壓過流保護(hù)動作的邏輯如圖1所示。

圖1 變壓器復(fù)壓過流保護(hù)動作邏輯

復(fù)壓閉鎖還常用在風(fēng)電場母線保護(hù)中，由于母線所接元件比較多，保護(hù)動作所帶來的影響較大，為防止保護(hù)裝置誤動帶來的巨大影響，母線保護(hù)都具有復(fù)壓閉鎖功能，既要滿足低電壓、負(fù)序電壓或零序電壓的前提又要滿足差動電流的動作條件，保護(hù)才允許出口，從而提高母線保護(hù)動作的可靠性。母差保護(hù)復(fù)壓閉鎖元件的邏輯如圖2所示。

圖2 母差保護(hù)復(fù)壓閉鎖元件邏輯圖

2 對稱分量法

在三相系統(tǒng)中，任意一組不對稱的3個(gè)相量總可以分解成如下的3組對稱分量[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，相序與系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下的相同。

（2）負(fù)序分量：三相負(fù)序分量的大小相等，相位彼此相差2π/3，相序與正序相反。

（3）零序分量：三相零序分量的大小相等，相位相同。

a在相量計(jì)算中相當(dāng)于將相量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)2π/3，a2相當(dāng)于將相量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)4π/3，可得1+a+a2=0。

在對稱分量法中，通常取a相作為基準(zhǔn)相，即取a相的正、負(fù)、零序分量作為代表，并記。

在此情況下，三相的相量與對稱分量之間的關(guān)系為

從式（2）、式（3）可以看出，3個(gè)不對稱的相量可以唯一的分解成三組對稱的相量，而由3組對稱分量可以進(jìn)行合成而得到唯一的3個(gè)不對稱相量。

3 風(fēng)電場保護(hù)裝置復(fù)壓閉鎖元件的校驗(yàn)方法

風(fēng)電場很多保護(hù)裝置都采用了復(fù)壓閉鎖元件，其正確動作是保護(hù)裝置正確動作的前提條件，因此在保護(hù)裝置校驗(yàn)中對低電壓、負(fù)序電壓、零序電壓元件的校驗(yàn)也很重要[6]。

表1為某風(fēng)電場的某保護(hù)定值單，從中可以看到低壓閉鎖定值為40 V/相，要求相電壓降低至40 V以下后開放復(fù)壓閉鎖條件。零序電壓閉鎖值為6 V、負(fù)序電壓閉鎖值為4 V，要求零序電壓升高至6 V或負(fù)序電壓升高至4 V，開放閉鎖條件，對閉鎖條件進(jìn)行校驗(yàn)方法如下。

表1 風(fēng)電場保護(hù)定值單

3.1 低電壓閉鎖元件校驗(yàn)

低電壓定值比較容易設(shè)置，將三相電壓降低至想要達(dá)到的值即可，如將保護(hù)試驗(yàn)儀器的電壓設(shè)置為40 V/相，但不建議單獨(dú)將某一相電壓降低至40 V，從而得到40 V/相的值。因?yàn)榇藭r(shí)雖然達(dá)到了低電壓的設(shè)置值，但同時(shí)也產(chǎn)生了負(fù)序和零序電壓，無法確定是低電壓元件動作，還是負(fù)序或零序電壓元件動作，校驗(yàn)方式不嚴(yán)謹(jǐn)。由于電力系統(tǒng)故障時(shí)低電壓為欠量型變化量，需要按照0.95倍的定值可靠動作，1.05倍的定值不動作進(jìn)行校驗(yàn)。實(shí)際校驗(yàn)要滿足電壓值為38 V/相時(shí)，低電壓元件可靠開放，電壓值為42 V/相時(shí)，低電壓元件可靠不開放[7]。

3.2 零序電壓閉鎖元件校驗(yàn)

通常保護(hù)裝置中采用的零序電壓并不是某一相的零序電壓，而是三相零序電壓的相量和，也就是通常所說的3U0。根據(jù)三相序分量的各自特點(diǎn)，正序分量大小相等，空間上相差120°，相量和等于0，負(fù)序分量與正序類似，相量和也等于0，零序分量的3U0就可以直接由三相電壓的相量相加得到，其基本原理主要是從前文提到的對稱分量法計(jì)算得出。

由于式（2）中1+a+a2=0，得出通常用電壓的形式表達(dá)。保護(hù)校驗(yàn)時(shí)，通常將A相電壓降低，B、C相電壓不變，得到的零序電壓的模值為正常相B、C相電壓與A相電壓模值的差。假設(shè)A相電壓調(diào)整后的大小為Ua，B、C相電壓為額定相電壓，設(shè)Ub=Uc=mUa，得到的零序電壓為3U0=Ub-Ua，其相位與A相相反。例如，若想輸出零序電壓為6 V時(shí)，則需要調(diào)整繼電保護(hù)測試儀，輸出Ua=51.7 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，此時(shí)3U0的大小就是6 V，采用相量圖的形式表達(dá)如圖3所示。

圖3 零序電壓計(jì)算相量圖

電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓為增量型變化量，需要按照1.05倍的定值可靠動作，0.95倍的定值不動作進(jìn)行校驗(yàn)。按照零序電壓定值為6 V進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，要滿足零序電壓為6.3 V時(shí)，即Ua=51.4 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，零序電壓元件可靠開放；零序電壓值為5.7 V時(shí)，即Ua=52 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，零序電壓元件可靠不開放，滿足這兩個(gè)條件，就證明零序電壓元件滿足要求。

3.3 負(fù)序電壓閉鎖元件校驗(yàn)

電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)會產(chǎn)生負(fù)序電壓，此時(shí)需要利用對稱分量法，通過調(diào)整A相的電壓輸出來得到想要的負(fù)序電壓。假設(shè)A相電壓調(diào)整后的大小為Ua，B、C相電壓為額定相電壓，設(shè)Ub=Uc=mUa=57.7 V，其相位依舊是A相超前B相，B相超前C相，且相位互差120°，則B相和C相電壓可以表示為

根據(jù)對稱分量法得出

由3.2章節(jié)中的內(nèi)容可知，其中負(fù)號代表零序電壓相位與A相相反，進(jìn)一步得出

式中：mUa為額定相電壓值；負(fù)序電壓Ua2為相電壓額定值減去A相電壓值再除以3，其中負(fù)號代表A相負(fù)序電壓相位與A相相位相反。同樣可以采用相量圖的形式表達(dá)，如圖4所示。

圖4 正序、負(fù)序、零序電壓計(jì)算相量圖

電力系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障時(shí)，負(fù)序電壓為增量型變化量，需要按照1.05倍的定值可靠動作、0.95倍的定值不動作進(jìn)行校驗(yàn)。按照負(fù)序電壓定值為4 V進(jìn)行校驗(yàn)，要滿足負(fù)序電壓為4.2 V時(shí)，即Ua=45.1 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，負(fù)序電壓元件可靠開放；負(fù)序電壓值為3.8 V時(shí)，即Ua=46.3 V、Ub=57.7 V、Uc=57.7 V，負(fù)序電壓元件可靠不開放，滿足條件，證明負(fù)序電壓元件滿足要求。從這個(gè)設(shè)定值可以看出，當(dāng)負(fù)序電壓滿足要求時(shí)，零序電壓閉鎖開放條件也已經(jīng)滿足，為避免此種情況對試驗(yàn)結(jié)果造成干擾，可以在進(jìn)行負(fù)序電壓閉鎖校驗(yàn)時(shí)，先將零序電壓閉鎖定值調(diào)高，校驗(yàn)時(shí)僅滿足負(fù)序電壓閉鎖開放條件，從而實(shí)現(xiàn)單一元件的校驗(yàn)。

4 結(jié) 論

復(fù)合電壓閉鎖元件在保護(hù)裝置中的作用十分重要，風(fēng)電場在進(jìn)行保護(hù)裝置校驗(yàn)時(shí)，不僅要重視電流量的校驗(yàn)，同時(shí)也要注重電壓等閉鎖條件的校驗(yàn)，提高保護(hù)裝置的可靠性，從而確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。