王舒

吉林省电力有限公司通化供电公司 吉林通化 134001

继电保护对于电力系统的正常运行起重要作用，但传统的继电保护系统已经不适应越来越复杂的电网环境，鉴于此，要通过改进、优化现有继电保护，或是重新设计等措施来保证出现不对称断线故障时，继电保护系统能够及时反应，提高电力系统的稳定性、安全性。

1 广义运行短路比指标

在多馈入系统中，所需要的边界短路比和临界短路比本质是希望用于反映电压稳定的指标，区别仅在于直流运行的条件不同。考虑了直流系统的雅克比矩阵与运行点的相关性，理论上矩阵也和运行点相关，但可和单馈入分析一样忽略它的变化，当多馈入短路比之间的差别较小(接近对称多馈入系统)时，多馈入短路比和广义短路比之间的误差较小。一般情况下，后备设备的继电保护装置切除故障线路时，会导致大规模断电事故发生。近年来我国的电网规模不断扩大，电网结构也越来越复杂，在后备设备保护方面出现越来越多的问题，因此要利用专门的装置对其进行保护。变压器继电保护装置会随着短路故障的发生而出现拒动，此时对变压器的后备保护就是通过备用保护装置来实现。同时，类似于直流系统短路比，运行广义短路比广义运行短路比存在临界值，对应着多馈入系统一对共轭特征根到达虚轴的运行条件，而广义运行短路比之间的差可以被看作是多馈入系统小干扰稳定裕度的大小。

2 多馈入系统的广义短路比

（1）多馈入系统决定其短路保护不同于常规变流器，需多种保护功能共同作用，才能很好实现保护功能。一是退饱和保护。退饱和是指电流过大，退出饱和区，一旦退出饱和区，会承受全部外部电压，此时压降显著增大，同时电流也很大，IGBT的损耗非常大。要在如此短的时间内完成动作，较好的方法是通过硬件实现，利用驱动电路识别退饱和工况。二是关断过压保护。当关断电阻选定后，关断过电压与关断电流有关，电流愈大，关断过电压愈大。三是软件过流保护。电流变化率不高，电流又处于过流状态，断开双馈变流器的网侧接触器，断开双馈发电机定子接触器，向主控系统报过流故障。四是硬件过流保护。软件过流保护虽然有诸多优点，但控制系统不可能将全部资源用于盯着传感器的电流值，进而判别其是否过流。电流采样总会有时间间隔，如果这个空白区中出现了过流，而前一个电流检测时刻电流已处于过流边缘，电流传感器信号送入积分器积分，在软件读取电流值的同时对积分器清零。积分器在软件过流保护的空白时间内对电流积分，当累计值超过某设定值时，触发硬件过流保护，封锁IGBT脉冲，断开双馈变流器网侧接触器，断开双馈发电机定子接触器，并报硬件过流信号。五是熔断器保护。熔断器是短路保护的最后屏障，当上述几种短路保护全部失效后，熔断器要保证仍能将故障支路从电路中切除，从而保证故障造成的损失不持续扩大[1]。熔断器的工作原理是当过流时熔体发热而熔断，形成开路。熔断器是传统的过流保护元件，用于电力电子系统的过流保护，要求熔断器至少具有快速保护的特性。熔断器要求在满足双馈变流器的额定电压和额定电流的前提下，其分断能力不低于变流器短路后的最大电流，熔断时的弧电压不高于IGBT的耐受电压；弧前焦耳积分和总焦耳积分尽量低，弧前时间尽量短。为了选择最合适的熔断器，需要考虑变流器主电路短路运行的诸多要素，选型时需要协调各要素之间的相互关系，通过该关系对熔断器进行校核。变流器发生短路时，在短路保护失效后，熔断器能熔断而IGBT完好。

（2）短路保护试验。主要包括相间短路，相对地短路，桥臂间短路等。短路电流通过机侧电抗器、电缆、箱式变压器的次边绕组、网侧电抗器，再回到变流器，其短路阻抗较大，过流保护启动时间较长通过接触器串联熔断器模拟短路，当接触器闭合时短路发生，变流器过流保护均正常及时动作，期间功率器件均完好，变流器向主控系统正常报错。结合变流器的短路保护设定参数，判断为硬件过流保护动作结果，驱动电路的退饱和保护动作，从关断过程的明显延迟可以判断关断过压保护正常动作。

（3）对灵敏性的影响。在一定程度上灵敏度对继电保护装置的可靠性与安全性也造成了影响，灵敏度需要控制在合理的范围内，不能过低也不能过高，适当的灵敏度才能够保证继电保护装置稳定运行，只有准确的判断出异常电流，才能够及时的做出保护动作。在规定范围之内出现故障时，只要是符合要求的继电保护装置，无论短路出现的位置和短路的性质，也不管短路处有无过渡电阻，继电保护装置都能做出动作。无论是在系统最大运行方式下经过三相短路，又或者是在系统最小运行方式下经过较大的电阻过渡，还是经过较大的单相短路，继电保护装置都能准确的做出保护动作[2]。被保护线路末端发生短路故障时，电力系统等效阻抗最大，继电保护装置中的短路电流即为系统最小运行方式；被保护线路末端出现短路故障时，电力系统等效阻抗最小，继电保护装置中的短路电流即为系统最大运行方式。在计算电压、阻抗、电流等故障参数时，应依据实际可能的最不利的运行方式及故障类型来进行。增加装置的灵敏性，即增加了保护动作的依赖性，但有时与安全性矛盾。针对不同作用的保护以及被保护的设备和线路，所要求灵敏度系数也不同。

多馈入短路比能够同时反映系统的强弱以及直流间的相互作用。广义短路比和单馈入短路比无论是数学上还是物理意义上都是统一的，它适用风、光新能源和轻型直流等系统，为接入同构新能源的多变流器稳定性分析提供了理论基础，也可以为新能源基地的网络拓扑规划、控制器选址和设计等问题提供一定的理论支撑。