逆功率保护在线路保护中的应用

引言：

35kV 纸厂变由 35kV 纸厂Ⅱ回线及 35kV 团纸线两条外电线路分别经341 断路器（35kV 团纸线）及342 断路器（35kV 纸厂Ⅱ回线）对站内供电，站内设有 35KV/10kV 变压器两台，其中 16000KVA 为 1#主变，12500KVA为 2#主变，10KV 系统由 3 段母线并列运行，4#发电机、5#发电机分别经Ⅲ段母线及Ⅱ段母线上网发电，供各车间工段。正常运行时自发电可保障35kV 纸厂变 85% 的用电量。其中为了防止外电网故障时向35kV 纸厂变吸收自发电量在 1#、2#主变 107K、208K 低后备保护装置设置过流Ⅱ段保护（方向投入），避免发电机过负荷跳闸引起全厂失电。

一、现状调查分析：2023 年以来，外电网在倒闸操作及主变切换时均导致1#主变 107K 低后备保护装置的过流Ⅱ段保护动作（方向投入），107K断路器跳闸与外电网解列，据统计共计 5 次。故障发生时刻，电流均出现剧烈波动，说明一次系统发生运行方式改变（故障时刻网侧有倒闸操作，可能存在投切主变情况），故障前，电流波形基本为正弦波；故障时刻，电流数值不大但明显畸变。根据上述特征，判断可能是和应涌流影响。对侧电站空投主变时，和应涌流导致本侧主变高低压侧电流互感器及35kV 母线侧电流互感器饱和（电流基波幅值小但直流分量大，导致电流互感器饱和）。因一次运行参数无法改变（运行方式及主变投切不由站内确定），提高主变低压侧过流Ⅱ段保护定值，可以以躲过和应涌流影响。但此方式不能 100% 解决和应涌流问题，且在提高定值后势必会造成网侧故障时吸收过大电量，导致站内发电机过负荷跳闸引起全厂失电的风险。

过流Ⅱ段保护（方向投入）无法躲过变压器的和应涌流，和应涌流产生与系统运行状态及系统阻抗有关系，影响时间比较长。从波形、相角度和幅值分析和应涌流产生时相角度满足、幅值满足，并且幅值中对有功分量和无功分量没有明显的区别，造成误动是无法避免的并且有许多不确定性。

二、要解决的技术问题及目的

逆功率保护在线路保护中的应用，就是要解决当外电网变压器倒闸操作或变压器附近有其他铁芯元件充电产生的和应涌流时，107K 断路器保护不动作，外电网故障时向发电机吸收有功分量时，在超过一定数值后107K断路器可靠动作。

三、技术方案的详细阐述

原主变低压侧方向过流二段保护取消，在两回35kV 进线增加逆功率保护，跳闸出口设置跳两台主变高低压侧断路器。装置定值按原主变低压侧方向过流二段定值核算，原进线保护保留。

原两台 35kV 线路保护屏装置 DCAP-5000 （V2.2.0.4 ）升级为DCAP-5000（V2.2.1.8）。在原安装位置升级更换，

35KV 纸厂Ⅱ回线线路保护装置已停用，升级保护装置，保护电流回路从故障录波屏引入，取消控制回路，四回跳闸出口经硬压板分别接入1#主变高压侧、1#主变低压侧、2#主变高压侧、2#主变低压侧，原电压回路接线保留，断路器位置信号由同期柜内 342 断路器位置扩展继电器提供，测量电流回路不接入。

35KV 团纸线线路保护装置运行正常，升级保护装置，原保护电流回路、测量电流回路、电压回路、控制回路接线保留，修改四回跳闸出口经硬压板分别接入1#主变高压侧、1#主变低压侧、2#主变高压侧、2#主变低压侧，断路器位置信号由该内 341 断路器位置扩展继电器提供。装置原理：装置设有功率过流保护功能。功率方向可在“出厂设置”菜单中设置。

（1）“功率方向”设置为“正”时，功率从母线流向线路定义为正方向，当线路向母线反送功率时，功率过流保护延时动作于出口。此时功率过流保护判据逻辑如下。

⋅P>1.732I_set(U_ab+U_bc)/2=0.866Iset(U_ab+U_bc)

（2）“功率方向”设置为“负”时，功率从线路流向母线定义为正方向，当母线向线路反送功率时，功率过流保护延时动作于出口。此时功率过流保护判据逻辑如下。

结束语：限制自备电站网侧反供电量，增加四回跳闸出口经硬压板灵活选择投退，当外网变压器倒闸操作或变压器附近有其他铁芯元件充电时产生的和应涌流时所选择断路器保护不动作，当外电网故障向发电机吸收电量时，达到设定动作值所选择的断路可靠动作，从而保护内部电网安全运行。

参考文献：

[1]周长锁、史明德、孙庆楠《电力系统继电保护-原理、算例、实例》化学工业出版社 2020-07

[2]余建华《发电厂电气设备运行》中国电力出版社2021-08

[3]彭刚平、郭效军《电力主设备继电保护的理论实践及运行案例》中国华电集团电气及热控技术研究中心 2008

[4]高中德 《国家电网公司继电保护培训教材》 国家电力调度通信中心 2009