直流保护动作后欠量保护动作返回条件缺陷探讨

摘要：针对欠量保护动作后的返回条件进行了探讨，分析了现有的欠量保护返回条件在直流保护动作后存在的缺陷，并提出了优化欠量保护返回条件的方法。

关键词：继电保护;欠量保护;保护返回;设备损坏

0 引言

继电保护是电力系统中的重要一环，在保护电力设备、保证电网安全稳定运行等方面起到了重要作用。

欠量保护是继电保护中的一种重要形式，如低电压保护广泛运用于交流系统的后备保护中，相比传统的过量保护，欠量保护在保护动作后的返回条件存在一些不同。本文针对欠量保护动作后返回条件存在的缺陷进行讨论，论证了现有返回条件在特殊情况下容易造成设备损坏，据此提出了优化返回条件的方法。

1 欠量保护投入及动作原理

欠量保护相比于过量保护，因其判定原理具有特殊性，欠量保护不能在设备未投运时投入，否则将长期保持动作出口跳闸，导致设备投运失败。因此，欠量保护的投入条件一般采用开关位置投入及电气量越限投入，即保护装置投运后，欠量保护需判断保护设备开关处于合位且判别电气量大于门槛定值后，再投入保护，即满足电气量大于门槛定值（该条件只在投入时判定一次，之后自行保持）、开关合位、软硬压板投入条件时，保护投入。

2 欠量保护返回条件及存在的缺陷

保护动作后，需经过特定条件进行保护返回，以避免保护长期动作。对于过量保护来说，返回条件一般设置为判别电气量小于0.95倍定值并经过内部防误判别延时，即判别电气量减小后，保护返回。而对于欠量保护，返回条件则分为两种情况：一种是保护动作后，判别电气量上升，恢复正常;另一种是保护动作后，判别电气量下降至零。

2.1    欠量保护PT位置对保护返回的影响

以低电压保护为例，当被保护设备因出现故障导致采样电压下降，如短路接地等故障，且电压下降到一定程度时，低电压保护动作，断开被保护设备，电网电压恢复正常。

若低电压保护将电压互感器（PT）配置在电网侧，则保护动作后，保护装置采集到的电压量上升恢复正常，此时返回条件可设置为1.05倍动作电压。这种配置方法的设备检修灵活度较低，因此在实际工程中一般很少采用这种配置方式。低电压保护配置元件示意图如图1所示。

实际工程中一般将电压互感器配置在靠近被保护设备侧，即断路器之后。当低电压保护动作时，断路器断开，保护装置采集到的电压量快速变为零，此时不能将返回条件设置为1.05倍动作电压。对于保护配置近区的短路故障，故障电压将下降到接近于零，因此不能将返回条件设置为一个低电压值，否则出现故障时，电气量往往同时满足保护动作定值和返回定值要求，保护动作后将马上返回。

2.2    电气量归零的欠量保护的返回条件及存在的缺陷

一般来说，电气量归零的低电压保护会将断路器分位作为返回条件，即在保护动作，断路器跳开后，取断路器分位信号作为返回条件，可以有效地在故障切除后将低电压保护返回，但这种返回条件在特定情况下存在一些问题及隐患。

正常情况下，当线路出现故障，主保护动作后跳开断路器，断开断路器后故障消除，低电压保护也随着断路器跳开返回，最终保护整组返回。但若发生断路器失灵的情况，故障将通过断路器失灵保护断开相邻断路器，而失灵断路器保持合闸位置不变，如图2所示。

在这种情况下，因相邻开关已经跳开，故障实际已经切除，主保护将返回，但由于断路器实际仍在合位，低电压保护将持续投入。故障切除，电压降到零后，持续投入的低电压保护经过延时后将再次动作。而由于断路器失灵无法跳开，低电压保护将保持长期动作，长期触发操作箱及分闸线圈。长期的触发首先会导致断路器机构箱中的分闸线圈烧毁，其次保护装置出口至操作箱的TJR继电器无自动返回功能，这将导致TJR继电器及其回路长期导通励磁。

长期的励磁导通将使这些电阻长期通电发热，根据实际经验，长期导通TJR继电器，操作箱在1 h内温度将上升70～80 ℃，远远超过其正常运行温度，将对操作箱造成重大损坏，保护屏柜内通风一般较差，严重时甚至可能会引起火灾。

根据低电压保护原理，只有在失灵开关分开、保护装置掉电重启或者退出保护装置出口压板后，保护装置才会停止动作，操作箱回路停止持续发热。而当断路器失灵时，运行人员会进行一次设备检查，短时间内不会将失灵断路器分开或退出保护，运行人员发现保护持续动作的可能性很小，操作箱长时间持续发热的可能性很高，安全隐患很大。

3 欠量保护返回逻辑在直流保护中的隐患

低电压保护广泛运用于直流保护系统中，作为后备保护，若上述故障情况出现在直流换流站，则发生严重后果的可能性更高。

直流换流站一般使用500 kV的3/2接线方式，任意一个断路器在合位时都会投入低电压保护。因此，任意一个断路器失灵，都会导致上述低电压保护长期动作。当发生任意的直流设备故障，直流保护主保护正常动作跳闸，此时若开关失灵，失灵保护动作切除故障后，由于失灵开关仍在合位且电压归零，低电压保护将再次动作，持续向两个断路器发送跳闸命令，操作箱TJR继电器及其回路长期励磁。而在直流换流站中出现开关失灵故障，运行人员需要进行的检查操作相比普通变电站更多、更烦琐，除一次设备检查外，甚至会调整直流功率、变更直流运行方式等，忽视直流保护长期动作的可能性更大，操作箱持续发热的时间更长。

4 一种欠量保护返回逻辑隐患的消除方法

欠量保护返回逻辑隐患，可以通过增加欠量保护定时的方法来消除。即欠量保护动作后，设置一段较長的固定返回时间，防止因断路器失灵造成低电压保护长期动作，具体时间应与其他保护相配合，一般来说可设置固定返回时间在5～10 s。

5 结语

本文针对欠量保护，尤其是低电压保护返回逻辑在直流保护中的隐患进行了分析探讨，并提出了一种简单有效的改进方法，以消除隐患。

对于直流继电保护来说，目前的继电保护配置原则和设计原理尚不统一，尤其对于柔性直流等新技术应用的保护装置，程序内部逻辑更依赖于继电保护厂家开发人员的编写，往往会在某些情况下出现程序隐患。对于低电压保护返回逻辑在直流保护中的隐患，一旦发生断路器失灵的情况，现象隐蔽，后果较为严重，需要运行人员仔细检查以排除隐患。

[参考文献]

[1] 云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程北京四方背靠背常规直流保护说明书[Z].

[2] 云南电网与南网主网鲁西背靠背直流异步联网工程北京四方背靠背柔性直流保护说明书[Z].

收稿日期：2020-07-03

作者简介：林毅（1993—），男，贵州兴义人，助理工程师，研究方向：继电保护。