2号主变低压侧接地保护功能及闭锁逻辑优化

陈泽升

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山064309）

0 引言

潘家口电厂变频器为高-高接线方式，2号机发变组保护改造前装置型号为DRS COMPACT2，由于变频器抽水启动过程中产生大量谐波干扰，尤其以3次谐波为主，影响装置内部对主变低压侧接地保护功能的逻辑判断。改造前保护作用于报警，变频器抽水启动时会发报警信息，影响工作人员对事故的判断，也会对值守人员的监盘造成误导。本文提出主变低压侧接地保护功能优化，对2号机保护装置进行改造，利用不同于目前装置的逻辑算法，排除3次谐波分量对主变低压侧接地保护的干扰，根据设备试运后效果分析，同时优化闭锁逻辑，解决了变频器抽水启动该保护误报警问题，实现主变低压侧接地保护功能正常投入和应用。

1 实施背景

潘家口电厂目前使用的继电保护装置是DRS COMPACT2系列产品，至今已运行11年之久，逐渐暴露出设备老化、超周期运行以及设计缺陷等问题，尤其以主变低压侧接地保护最为严重，几年前出现过在变频器抽水启动过程中，由于3次谐波分量的干扰，造成主变低压侧接地保护动作，跳开主变高压侧开关的情况。为避免不正常动作事件的再次发生，目前潘家口电厂主变低压侧接地保护仅投入报警信号，但变频器抽水启动时仍会发出报警信息，在一定程度误导值守人员的监盘，也会影响工作人员对“主变低压侧接地保护”判断的准确性。

根据现场统计，潘家口电厂变频器抽水启动过程中主变低压侧接地保护误报警率较高，达到80%以上，如抽水启动成功后不及时复归报警信号，抽水运行中，若发生主变低压侧接地故障，将不能及时发现。鉴于该型号继电保护装置的特点，频繁复归此信号存在复归按钮卡涩后，装置进入调试模式，容易引起保护误动作跳闸，产生设备事件。主变低压侧接地保护报警及动作的正确性，直接影响主变设备的安全运行，因此研究主变低压侧接地保护功能逻辑的优化，消除3次谐波分量造成的误报警或误动作，对保障机变组安全运行具有重要意义。

2 问题原因排查及功能优化

采集变频器启动过程中保护装置录取的主变低压侧接地保护报警时的波形，如图1所示，进行频谱分析，查找报警原因。

图1 主变低压侧接地保护报警时波形

从图2波形频谱分析结果可以看出，主要包含2种频率分量，较大的频率分量为150Hz电压分量，其幅值约为74V（有效值52V），较小的频率分量是55Hz分量，幅值约为13.4V（有效值9.47V）。主变低压侧接地保护整定的定值为：零序电压动作值16V，报警的原理是因为所采用的相量算法，受3次谐波影响较大，相量计算结果超过定值而导致报警。

图2 对波形频谱分析结果

原装置内部的逻辑计算设计时，没有考虑3次谐波对此保护的干扰，在算法上只设置了报警及跳闸的定值，没有区分工频分量和其他谐波分量，导致潘家口电厂主变低压侧接地保护在变频器启动（变频器输出侧断路器05手车开关合位）时，由于零序电压值达到动作值而发生误报警及动作。

为消除3次谐波分量对主变低压侧接地保护的影响，重新设计保护逻辑，在此基础上使用改进后的相量算法，在计算过程中，区分出工频分量和其他谐波分量，在改造后PCS-985GW装置中，只需考虑工频零序分量的电压值即可，通过装置计算，零序电压不再受3次谐波的干扰。为达到优化的效果，装置中引入全波傅氏算法来进行计算，这种算法的优势在于，计算后能很好的滤除3次谐波，从而消除3次谐波对主变低压侧接地保护的影响。

将改造前变频器启动过程中的波形重新录入优化后的保护装置，在整个启动过程中的波形下，主变低压侧接地保护未发出报警及跳闸信号，但需要进一步通过改造后试运来验证。

3 结合现场优化闭锁逻辑

保护改造后试运，通过观察装置仍然一定程度存在上述问题，不能完全排除3次谐波干扰，即零序电压会升高到保护启动值，但未达到报警延时，为了保证彻底解决主变低压侧接地保护误发报警信号的情况，同时设计一套闭锁方式，即：变频器抽水启动过程（05手车开关合位）中，将主变低压侧接地保护可靠闭锁，而变频器不启动（05手车开关分位）时，此保护正常投入。

改造后的保护装置对程序采用非开放式，即不能擅自修改闭锁逻辑。如果只修改控制字，将是一个非常复杂的过程，即在变频器启动（05手车开关合位）时将控制字设置在“0”，在变频器不启动（05手车开关分位）时将控制字设置在“1”，这个方法不能解决此问题，还可能造成其他问题的出现。如果要解决此问题，需增加闭锁逻辑，就要从软件程序上入手，将05手车开关合位信号接入装置，在装置收到05手车开关合位信号时，不启动主变低压侧接地保护功能，在装置没有收到05手车开关合位信号时，此保护功能正常投入，程序设计逻辑框图如图3所示。

图3 程序设计逻辑框图

4 实施效果

本文通过优化保护功能及闭锁逻辑解决了此问题，投运后主变低压侧接地保护再无误报警现象发生。

5 总结

使用高-高接线方式的变频器，在抽水启动过程中不可避免的出现3次、5次及多次谐波的干扰，其中以3次谐波为主，由于3次谐波的零序特性，使变频器启动过程中零序电压达到主变低压侧接地保护定值，而使此保护受干扰误报警动作现象。本文提出的保护功能及闭锁逻辑优化很好地解决了主变低压侧接地保护误报警问题，对存在类似问题的其他单位提供了一个很好的借鉴材料，同时提高本厂保护装置的动作正确性。