直流融冰控保裝置阻抗保護(hù)誤動(dòng)分析

田湘貴，張鵬，羅義暉，歐俊延，夏武

（中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州，545000）

0 引言

本文結(jié)合阻抗保護(hù)邏輯與故障錄波圖分析了阻抗保護(hù)II段的動(dòng)作原因，根據(jù)阻抗保護(hù)原理分析計(jì)算出為避免保護(hù)誤動(dòng)阻抗保護(hù)定值的整定范圍，并對(duì)阻抗保護(hù)的使用提出一些建議。

1 阻抗保護(hù)動(dòng)作分析

在對(duì)線路開(kāi)展融冰試驗(yàn)時(shí)，站內(nèi)采用的是電流分段提升的方案。首先，以500A的目標(biāo)電流解鎖融冰系統(tǒng)，然后穩(wěn)定10min，無(wú)異常后將融冰電流提升至1200A并保持10min，若無(wú)異常再將融冰電流提升至2400A，保持10min,最后再將融冰電流提升至線路額定融冰電流3600A。從融冰裝置解鎖至將融冰電流穩(wěn)定在2400A的過(guò)程中并無(wú)異?，F(xiàn)象出現(xiàn)，最后準(zhǔn)備將電流穩(wěn)定在線路融冰試驗(yàn)電流3600A，在融冰電流由2400A升至3600A的過(guò)程中，當(dāng)電流到達(dá)3000A時(shí)線路阻抗II段保護(hù)動(dòng)作，閉鎖融冰裝置并跳開(kāi)融冰系統(tǒng)交流側(cè)斷路器，保護(hù)動(dòng)作事件SER如圖1所示。

圖1 線路阻抗II段保護(hù)動(dòng)作SER

從保護(hù)動(dòng)作事件SER可以看出，控保A系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)保護(hù)邏輯單元根據(jù)直流電壓電流采樣所算得接地電阻為1.7101Ω，保護(hù)動(dòng)作移相閉鎖閥。

跳閘時(shí)故障錄波的電壓電流波形如圖2所示。

圖2 電壓電流波形

直流融冰裝置保護(hù)中阻抗保護(hù)Ⅱ段邏輯框圖如圖3。

圖3 阻抗保護(hù)II段邏輯框圖

Ud1:直流正極母線電壓；

Ud2:直流負(fù)極母線電壓；

Id1:直流側(cè)正極電流；

Id2:直流側(cè)負(fù)極電流；

Rset：線路電阻整定值定值；

k2：線路阻抗Ⅱ段保護(hù)定值。

根據(jù)波形的直流電流、電壓數(shù)據(jù)計(jì)算,得出線路阻抗約為 R=（|Ud1|-|Ud2|）/Id1=(3.167+2.064)/3.075=1.7Ω，與SER報(bào)文一致，小于線路阻抗定值2.175Ω（該定值根據(jù)實(shí)際線路阻抗確定）。然而根據(jù)融冰系統(tǒng)控保裝置的阻抗保護(hù)原理，當(dāng)換流閥直流側(cè)發(fā)生斷線故障或線路短接點(diǎn)直流電阻過(guò)大時(shí)，阻抗保護(hù)才動(dòng)作，因此此時(shí)阻抗保護(hù)II段不應(yīng)該動(dòng)作。

通過(guò)將故障時(shí)的直流電壓、電流等數(shù)據(jù)代入阻抗保護(hù)判據(jù)，可得線路融冰試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的判據(jù)為判據(jù)1及判據(jù)2：

保護(hù)動(dòng)作前直流正負(fù)極電壓平均值如下：正極電壓Ud1=3.167kV，負(fù)極電壓Ud2=-2.064kV。線路阻抗Ⅱ段保護(hù)定值k為2，Id1為3075A，Rset 整定為2.175Ω。將數(shù)據(jù)代入式（1）得 ：

左半部分為：

右半部分為：

由于8.145＞6.69，可知阻抗保護(hù)判據(jù)滿足，保護(hù)正常動(dòng)作。因?yàn)槿诒到y(tǒng)中電流是由正極流向負(fù)極，由此可知Id1=Id2,同理可得判據(jù)2同樣滿足。

其中判據(jù)3及判據(jù)4為：

同樣將數(shù)據(jù)代入式（3）可得：

左半部分為：

右半部分為：k2*Rset=2*2.175=4.35。

由于1.701＜4.35，可知阻抗保護(hù)判據(jù)不滿足。因?yàn)槿诒到y(tǒng)中電流是由正極流向負(fù)極，由此可知Id1=Id2,同理可得判據(jù)4同樣不滿足。

根據(jù)阻抗保護(hù)二段動(dòng)作判據(jù)1：||Ud1|+|Ud2|-k2*Id1*Rset|＞Id1*Rset。線路正常融冰時(shí)極間電壓|Ud1|+|Ud2|≈Id1*Rset，則根據(jù)保護(hù)原理k2應(yīng)小于2。同理，根據(jù)判據(jù)阻抗保護(hù)二段動(dòng)作判據(jù)3：（（|Ud1|+|Ud2|）/Id1）＞k2*Rset，則K2應(yīng)大于1。而本次融冰試驗(yàn)由于k2定值設(shè)置為2，不滿足k2＜2，因此造成阻抗保護(hù)二段誤動(dòng)。

2 阻抗保護(hù)定值整定分析

根據(jù)中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSG1203034-2017《直流融冰裝置控制保護(hù)技術(shù)規(guī)范》，融冰裝置的線路阻抗保護(hù)應(yīng)包括以下功能：

（1）在融冰時(shí)，避免設(shè)備運(yùn)行在所融線路斷線等故障狀態(tài)；

（2）配置Ⅰ段阻抗保護(hù)，并配置線路阻抗監(jiān)視告警段。配置Ⅱ段阻抗保護(hù)，保護(hù)動(dòng)作后換流閥移相閉鎖，交流斷路器延時(shí)跳閘，并鎖定交流斷路器；

（3）在空載升壓試驗(yàn)或零功率試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)自動(dòng)根據(jù)控制模式退出該保護(hù)；

（4）告警和動(dòng)作段可以分別投退，且至少預(yù)設(shè)十組線路阻抗參數(shù)。

根據(jù)此規(guī)范當(dāng)換流閥直流側(cè)發(fā)生斷線故障或線路短接點(diǎn)直流電阻過(guò)大時(shí)，該保護(hù)應(yīng)動(dòng)作并閉鎖直流融冰系統(tǒng)。

由于線路阻抗設(shè)定值為理想情況下根據(jù)線路單位電阻乘線路長(zhǎng)度計(jì)算所得，實(shí)際該值與線路阻抗實(shí)際值存在約10%誤差，并考慮到各級(jí)隔離開(kāi)關(guān)、金具接觸點(diǎn)的接觸電阻以及平波電抗器的電阻，也存在10%左右誤差，除此之外，在輸電線路融冰過(guò)程中隨著輸電線路溫度的變化，輸電線路的電阻也會(huì)發(fā)生一定變化，另外，輸電線路融冰過(guò)程中產(chǎn)生的感應(yīng)電壓對(duì)阻抗的計(jì)算也存在一定影響。根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)，在考慮各種極端的工況的情況下，最大曾有30%的誤差，因此，為避免阻抗保護(hù)誤動(dòng)，在極端工況下阻抗出現(xiàn)30%誤差時(shí)保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作。

在極端的工況下，輸電線路阻抗值出現(xiàn)30%誤差時(shí)，式（1-1）中 ||Ud1|+|Ud2|-k2*Id1*Rset|＞Id1*Rset 的左半部分|Ud1|+|Ud2|等于1.3*Id1*Rset或0.7Id1*Rset，即

為保證保護(hù)在此誤差下阻抗保護(hù)可靠不動(dòng)作，k2取值范圍應(yīng)在0.3至1.7之間。

同理可得，阻抗保護(hù)二段判據(jù)3中（（|Ud1|+|Ud2|）/（Id1或 Id2））＞k2*Rset的左半部分（|Ud1|+|Ud2|）/（Id1或Id2）等于1.3*Rset或0.7*Rset，為保證保護(hù)在此誤差下阻抗保護(hù)可靠不動(dòng)作，要求k2取值應(yīng)在1.3以上。

綜上所述，為避免在最極端工況下阻抗保護(hù)誤動(dòng)，要求k2的取值范圍應(yīng)在1.3-1.7之間。

另外，由于阻抗保護(hù)功能主要是對(duì)線路出現(xiàn)斷線時(shí)對(duì)融冰系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，而對(duì)于線路斷線，融冰控保系統(tǒng)以直流過(guò)壓保護(hù)為主保護(hù)。融冰控保裝置設(shè)置了3段過(guò)壓保護(hù)，I段過(guò)壓保護(hù)定值為0.6pu；II段過(guò)壓保護(hù)定值為0.7pu；III段過(guò)壓保護(hù)定值為0.85 pu。根據(jù)仿真計(jì)算，融冰線路（線路融冰及地線融冰）斷線后，融冰系統(tǒng)的直流電壓將升高至24kV=1.6pu以上，直流過(guò)壓保護(hù)完全可以保護(hù)融冰線路斷線的情況。

除此之外，考慮到阻抗保護(hù)定值的設(shè)定相對(duì)復(fù)雜，比較容易受到環(huán)境影響導(dǎo)致阻抗保護(hù)誤動(dòng)，因此建議可選擇將阻抗保護(hù)退出。

3 結(jié)論

本文通過(guò)分析融冰控保裝置阻抗保護(hù)誤動(dòng)作的波形及阻抗保護(hù)動(dòng)作邏輯，得出阻抗保護(hù)定值整定不合理以致阻抗保護(hù)誤動(dòng)的結(jié)論。并進(jìn)一步對(duì)融冰控保系統(tǒng)阻抗保護(hù)的定值整定進(jìn)行計(jì)了算分析，得出為避免在最極端工況下阻抗保護(hù)誤動(dòng)，要求阻抗保護(hù)定值的取值范圍應(yīng)在1.3-1.7之間。

此外，由于融冰控保系統(tǒng)的阻抗保護(hù)功能主要是針對(duì)融冰過(guò)程中輸電線路出現(xiàn)斷線的情況進(jìn)行保護(hù)，而對(duì)于線路斷線的情況，融冰控保系統(tǒng)以直流過(guò)壓吧保護(hù)為主保護(hù)，在線路斷線時(shí)融冰系統(tǒng)能夠得到有效保護(hù)，并且阻抗保護(hù)定值設(shè)定相對(duì)復(fù)雜，容易受到環(huán)境影響導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。因此在直流過(guò)壓保護(hù)能可靠動(dòng)作的情況下建議可選擇將阻抗保護(hù)退出。