特高壓直流電源的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案及測試應(yīng)用
    
	
    
		日期：2019-02-27
		作者：www.sxjlrobot.com
		分類：行業(yè)新聞
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    目前的繼電保護(hù)技術(shù)已日臻成熟，但是隨著特高壓直流電源混聯(lián)電網(wǎng)的形成，交流保護(hù)對(duì)電網(wǎng)特性變化的適應(yīng)性亟待提升。

    本文針對(duì)開關(guān)失靈或CT死區(qū)故障時(shí)保護(hù)切除故障時(shí)間長、可能引發(fā)多回高壓直流電源連續(xù)換相失敗、導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生的嚴(yán)重后果，介紹了兩種開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案，將開關(guān)失靈或CT死區(qū)故障時(shí)切除時(shí)間縮短至200ms以內(nèi)，防止引發(fā)電網(wǎng)穩(wěn)定破壞事故，并搭建了測試系統(tǒng)，對(duì)優(yōu)化后的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)的性能指標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)考核，對(duì)系統(tǒng)中發(fā)生異常運(yùn)行工況時(shí)開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)的動(dòng)作情況進(jìn)行了驗(yàn)證測試，從而保證優(yōu)化后的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)在電力系統(tǒng)中運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

    開關(guān)失靈、死區(qū)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作切除時(shí)間較長，在傳統(tǒng)交流電網(wǎng)中，只要保護(hù)正確動(dòng)作切除故障，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定影響就在有限范圍之內(nèi)。但在當(dāng)前交高壓直流電源混聯(lián)電網(wǎng)中，多高壓直流電源密集饋入的受端交流電網(wǎng)在發(fā)生上述故障時(shí)，會(huì)導(dǎo)致特高壓直流電源輸電換流站出現(xiàn)多次換相失敗，對(duì)送、受端電網(wǎng)造成嚴(yán)重功率沖擊，甚至造成穩(wěn)定破壞，因此，必須有針對(duì)性地開展相關(guān)新技術(shù)研究。

    文獻(xiàn)[5]規(guī)定多斷路器接線形式時(shí)應(yīng)在開關(guān)兩側(cè)均配置CT，防止死區(qū)故障延時(shí)切除造成的系統(tǒng)穩(wěn)定問題，對(duì)于已投運(yùn)變電站有開關(guān)與CT間死區(qū)問題且經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定核算存在穩(wěn)定破壞問題的，應(yīng)逐步進(jìn)行改造。國調(diào)要求現(xiàn)場具備加裝常規(guī)CT的變電站應(yīng)組織安裝；開關(guān)CT單側(cè)布置若發(fā)生死區(qū)故障必然導(dǎo)致多回高壓直流電源發(fā)生連續(xù)換相失敗的變電站，應(yīng)組織對(duì)站內(nèi)開關(guān)設(shè)備進(jìn)行改造，更換為HGIS；對(duì)于開關(guān)CT單側(cè)布置且無法技改的變電站，可通過采用加裝光CT或全站綜合信息判別兩種方案，實(shí)現(xiàn)死區(qū)故障快速切除。

    現(xiàn)場加裝常規(guī)CT或?qū)⒄緝?nèi)開關(guān)設(shè)備更換為HGIS均可實(shí)現(xiàn)開關(guān)CT兩側(cè)布置，大大縮短死區(qū)故障切除時(shí)間，但無法優(yōu)化開關(guān)失靈時(shí)的故障切除時(shí)間。本文介紹的死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)和站域死區(qū)（失靈）保護(hù)分別基于加裝光CT和全站綜合信息判別設(shè)計(jì)，能有效解決故障切除慢可能存在的問題和隱患。針對(duì)這兩種方案，搭建了靜模和仿真測試系統(tǒng)，考核了保護(hù)在系統(tǒng)中的動(dòng)作情況及技術(shù)指標(biāo)，驗(yàn)證了保護(hù)滿足快速切除死區(qū)和開關(guān)失靈的要求。

    1  開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案

    1.1  死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)方案

    加裝光CT的死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)如圖1所示。在開關(guān)未配置CT側(cè)加裝纏繞光CT，每個(gè)光CT接到獨(dú)立的合并單元，通過合并單元將電流轉(zhuǎn)換為IEC 61850?9?2規(guī)約數(shù)據(jù)。死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)按串配置，同時(shí)接入光CT數(shù)據(jù)和常規(guī)CT數(shù)據(jù)，光CT數(shù)據(jù)與常規(guī)CT數(shù)據(jù)做邏輯運(yùn)算。

    特高壓直流電源的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案及測試應(yīng)用
    圖1  加裝光CT的死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)示意圖

    當(dāng)發(fā)生K1點(diǎn)死區(qū)故障時(shí)，母線保護(hù)判為Ⅰ母區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL11及Ⅰ母上的其他開關(guān)，CT11死區(qū)差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，直接跳本側(cè)開關(guān)DL11、DL12，利用光纖通道直接遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速切除死區(qū)故障。

    當(dāng)發(fā)生K2點(diǎn)死區(qū)故障時(shí)，變壓器保護(hù)判為區(qū)內(nèi)故障，保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL12、DL13及主變其他側(cè)開關(guān)，CT12死區(qū)差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，直接跳本側(cè)開關(guān)DL11、DL12、DL13，利用光纖通道直接遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開關(guān)，并聯(lián)跳主變各側(cè)，實(shí)現(xiàn)快速切除死區(qū)故障。

    當(dāng)Ⅰ母發(fā)生K4點(diǎn)故障、開關(guān)DL11失靈[6]時(shí)，加裝光CT后，理論分析可以利用光CT無類似常規(guī)互感器電流拖尾問題的優(yōu)良傳變特性，壓縮失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間，達(dá)到快速切除開關(guān)失靈故障的目的。

    1.2  站域死區(qū)（失靈）保護(hù)方案

    利用本站及相鄰站模擬量信息[7]構(gòu)建的站域死區(qū)（失靈）保護(hù)如圖2所示，通過封故障開關(guān)CT并由相鄰開關(guān)CT重構(gòu)差動(dòng)保護(hù)，從而快速切除故障。

    特高壓直流電源的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案及測試應(yīng)用
    圖2  站域死區(qū)（失靈）保護(hù)示意圖

    當(dāng)發(fā)生K1點(diǎn)死區(qū)故障時(shí)，母線保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL11、DL21、DL31，站域死區(qū)保護(hù)收到母線保護(hù)跳令、DL11的跳位且判出CT11仍有電流，經(jīng)短延時(shí)封CT11，此時(shí)由CT12、CT41、CT42構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)滿足動(dòng)作條件，站域差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL11、DL12，利用光纖通道直接遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速切除死區(qū)故障。

    當(dāng)發(fā)生K2點(diǎn)死區(qū)故障時(shí)，L2線路保護(hù)判為區(qū)內(nèi)故障，線路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL12、DL13、DL52、DL53，站域死區(qū)保護(hù)收到線路保護(hù)跳令、DL12的跳位且判出CT12仍有電流，經(jīng)短延時(shí)封CT12，此時(shí)由CT11、CT41、CT42構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)滿足動(dòng)作條件，站域差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL11、DL12、DL13，利用光纖通道直接遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速切除死區(qū)故障。

    當(dāng)發(fā)生K4點(diǎn)故障且開關(guān)DL11失靈時(shí)，站域失靈保護(hù)收到母線保護(hù)跳令、DL21或DL31的跳位且判出CT11仍有電流，經(jīng)短延時(shí)封CT11，此時(shí)由CT12、CT41、CT42構(gòu)成的差動(dòng)保護(hù)滿足動(dòng)作條件，站域差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL11、DL12，利用光纖通道直接遠(yuǎn)跳對(duì)側(cè)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)快速切除死區(qū)故障。

    2  開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)測試系統(tǒng)

    2.1  靜模測試系統(tǒng)

    為驗(yàn)證開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)功能的正確性并考核其技術(shù)指標(biāo)是否滿足電力系統(tǒng)的要求，搭建的靜模測試系統(tǒng)如圖3所示。通過繼電保護(hù)測試儀對(duì)雙端死區(qū)（失靈）保護(hù)施加模擬量和跳閘開入/跳位開入，死區(qū)（失靈）保護(hù)通過縱聯(lián)光纖通道獲取對(duì)側(cè)保護(hù)的模擬量信息，滿足差動(dòng)動(dòng)作條件后死區(qū)（失靈）保護(hù)將跳閘開出信息反饋給繼電保護(hù)測試儀。

    特高壓直流電源的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案及測試應(yīng)用
    圖3  靜模測試系統(tǒng)

    2.2  仿真測試系統(tǒng)

    為了進(jìn)一步驗(yàn)證保證死區(qū)（失靈）保護(hù)在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)正確動(dòng)作，利用RTDS搭建的數(shù)模實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)如圖4所示。對(duì)現(xiàn)場可能發(fā)生的異常工況進(jìn)行模擬，考核死區(qū)（失靈）保護(hù)的動(dòng)作情況的正確性。

    特高壓直流電源的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案及測試應(yīng)用
    圖4  RTDS實(shí)時(shí)仿真測試系統(tǒng)

    3  測試內(nèi)容

    3.1  保護(hù)功能及性能測試

    通過靜模測試系統(tǒng)對(duì)保護(hù)功能及性能進(jìn)行了測試，主要測試內(nèi)容如下：

    1）壓板、控制字有效性。2）定值準(zhǔn)確度測試。3）動(dòng)作時(shí)間測試。4）差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)特性。5）開入、開出功能正確性。6）遠(yuǎn)跳功能正確性。7）縱聯(lián)光纖通道測試。8）CT斷線對(duì)保護(hù)的影響。9）系統(tǒng)頻率偏移對(duì)保護(hù)的影響。10）光CT信號(hào)異常對(duì)保護(hù)的影響。11）裝置自檢出錯(cuò)對(duì)保護(hù)的影響。

    3.2  電力系統(tǒng)故障仿真

    在RTDS實(shí)時(shí)仿真測試系統(tǒng)中模擬死區(qū)故障或開關(guān)失靈，考核死區(qū)（失靈）保護(hù)動(dòng)作的正確性，并模擬故障保護(hù)切除故障后考核死區(qū)（失靈）保護(hù)是否誤動(dòng)作，主要測試內(nèi)容如下：

    1）金屬性故障（死區(qū)范圍內(nèi)、外故障）測試。2）發(fā)展/轉(zhuǎn)換性故障測試。3）經(jīng)過渡電阻故障測試。4）開關(guān)失靈測試。5）CT斷線測試。6）CT飽和測試。7）CT拖尾測試。

    4  測試驗(yàn)證結(jié)果

    4.1  死區(qū)（失靈）保護(hù)動(dòng)作指標(biāo)

    常規(guī)變電站發(fā)生死區(qū)故障或開關(guān)失靈時(shí)，保護(hù)動(dòng)作后切除故障約需要400ms[8]，通過死區(qū)（失靈）保護(hù)方案優(yōu)化，保護(hù)切除故障時(shí)間可控制在200ms以內(nèi)。

    1）死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

    模擬死區(qū)故障，實(shí)測死區(qū)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間見表1，即保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過30ms，若考慮操作箱出口時(shí)間為5ms，開關(guān)分閘時(shí)間不超過60ms，通道延時(shí)5ms及遠(yuǎn)跳信號(hào)確認(rèn)10ms[9]，則保護(hù)動(dòng)作跳本側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過95ms，跳對(duì)側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過110ms。

    模擬母線故障邊開關(guān)失靈，考慮光CT無電流拖尾問題，壓縮失靈保護(hù)延時(shí)為90ms，實(shí)測失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間見表2。若保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過120ms，則失靈保護(hù)動(dòng)作跳本側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過185ms，跳對(duì)側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過200ms。

    2）站域死區(qū)（失靈）保護(hù)動(dòng)作時(shí)間

    模擬死區(qū)故障，實(shí)測站域死區(qū)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間見表3。若保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過115ms，則站域保護(hù)動(dòng)作跳本側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過180ms，跳對(duì)側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過195ms。

    模擬母線故障邊開關(guān)失靈，實(shí)測站域失靈保護(hù)動(dòng)作時(shí)間見表4。保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不超過115ms，則站域保護(hù)動(dòng)作跳本側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過180ms，跳對(duì)側(cè)開關(guān)時(shí)間不超過195ms。

    4.2  CT拖尾工況模擬

    開關(guān)跳開時(shí)發(fā)生CT拖尾，保護(hù)可能誤判為開關(guān)失靈，導(dǎo)致失靈保護(hù)誤動(dòng)作，擴(kuò)大事故范圍[10]。在圖4所示的系統(tǒng)中模擬母線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障，母線保護(hù)動(dòng)作跳開關(guān)DL11、DL21和DL31，故障切除時(shí)出現(xiàn)CT11拖尾的情況，考核站域失靈保護(hù)是否存在誤動(dòng)作的情況。

    電流互感器拖尾波形如圖5所示，通過測試結(jié)果分析，站域失靈保護(hù)未出現(xiàn)CT拖尾時(shí)誤動(dòng)作的情況，主要原因是在封CT邏輯中增加電流差分把關(guān)，消除CT拖尾或衰減高壓直流電源分量對(duì)保護(hù)的影響。

    特高壓直流電源的開關(guān)死區(qū)（失靈）保護(hù)優(yōu)化方案及測試應(yīng)用
    圖5  電流互感器拖尾波形

    結(jié)論
    隨著特高壓直流電源輸電的不斷發(fā)展，發(fā)生故障時(shí)在最短的時(shí)間內(nèi)可靠地隔離故障點(diǎn)，才能保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[10-11]?；诩友b光CT的死區(qū)差動(dòng)（失靈）保護(hù)和基于本站及相鄰站信息的站域死區(qū)（失靈）保護(hù)在河南駐馬店500kV嵖岈變電站掛網(wǎng)試運(yùn)行，經(jīng)過系統(tǒng)試運(yùn)行后取得相關(guān)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，為進(jìn)一步升級(jí)改造變電站先行實(shí)踐。

    
	
    
	
								

    

	
	

	
	

	


    


    
	
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