目前的繼電保護技術已日臻成熟，但是隨著特高壓直流電源混聯電網的形成，交流保護對電網特性變化的適應性亟待提升。
本文針對開關失靈或CT死區故障時保護切除故障時間長、可能引發多回高壓直流電源連續換相失敗、導致系統發生的嚴重后果，介紹了兩種開關死區（失靈）保護優化方案，將開關失靈或CT死區故障時切除時間縮短至200ms以內，防止引發電網穩定破壞事故，并搭建了測試系統，對優化后的開關死區（失靈）保護的性能指標進行了詳細考核，對系統中發生異常運行工況時開關死區（失靈）保護的動作情況進行了驗證測試，從而保證優化后的開關死區（失靈）保護在電力系統中運行的穩定性和可靠性。
開關失靈、死區故障時保護動作切除時間較長，在傳統交流電網中，只要保護正確動作切除故障，對電網的安全穩定影響就在有限范圍之內。但在當前交高壓直流電源混聯電網中，多高壓直流電源密集饋入的受端交流電網在發生上述故障時，會導致特高壓直流電源輸電換流站出現多次換相失敗，對送、受端電網造成嚴重功率沖擊，甚至造成穩定破壞，因此，必須有針對性地開展相關新技術研究。
文獻[5]規定多斷路器接線形式時應在開關兩側均配置CT，防止死區故障延時切除造成的系統穩定問題，對于已投運變電站有開關與CT間死區問題且經系統穩定核算存在穩定破壞問題的，應逐步進行改造。國調要求現場具備加裝常規CT的變電站應組織安裝；開關CT單側布置若發生死區故障必然導致多回高壓直流電源發生連續換相失敗的變電站，應組織對站內開關設備進行改造，更換為HGIS；對于開關CT單側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，實現死區故障快速切除。
現場加裝常規CT或將站內開關設備更換為HGIS均可實現開關CT兩側布置，大大縮短死區故障切除時間，但無法優化開關失靈時的故障切除時間。本文介紹的死區差動（失靈）保護和站域死區（失靈）保護分別基于加裝光CT和全站綜合信息判別設計，能有效解決故障切除慢可能存在的問題和隱患。針對這兩種方案，搭建了靜模和仿真測試系統，考核了保護在系統中的動作情況及技術指標，驗證了保護滿足快速切除死區和開關失靈的要求。
1 開關死區（失靈）保護優化方案
1.1 死區差動（失靈）保護方案
加裝光CT的死區差動（失靈）保護如圖1所示。在開關未配置CT側加裝纏繞光CT，每個光CT接到獨立的合并單元，通過合并單元將電流轉換為IEC 61850?9?2規約數據。死區差動（失靈）保護按串配置，同時接入光CT數據和常規CT數據，光CT數據與常規CT數據做邏輯運算。
圖1 加裝光CT的死區差動（失靈）保護示意圖
當發生K1點死區故障時，母線保護判為Ⅰ母區內故障，保護動作跳開關DL11及Ⅰ母上的其他開關，CT11死區差動保護同時動作，直接跳本側開關DL11、DL12，利用光纖通道直接遠跳對側開關，實現快速切除死區故障。
當發生K2點死區故障時，變壓器保護判為區內故障，保護動作跳開關DL12、DL13及主變其他側開關，CT12死區差動保護同時動作，直接跳本側開關DL11、DL12、DL13，利用光纖通道直接遠跳對側開關，并聯跳主變各側，實現快速切除死區故障。
當Ⅰ母發生K4點故障、開關DL11失靈[6]時，加裝光CT后，理論分析可以利用光CT無類似常規互感器電流拖尾問題的優良傳變特性，壓縮失靈保護動作時間，達到快速切除開關失靈故障的目的。
1.2 站域死區（失靈）保護方案
利用本站及相鄰站模擬量信息[7]構建的站域死區（失靈）保護如圖2所示，通過封故障開關CT并由相鄰開關CT重構差動保護，從而快速切除故障。
圖2 站域死區（失靈）保護示意圖
當發生K1點死區故障時，母線保護動作跳開關DL11、DL21、DL31，站域死區保護收到母線保護跳令、DL11的跳位且判出CT11仍有電流，經短延時封CT11，此時由CT12、CT41、CT42構成的差動保護滿足動作條件，站域差動保護動作跳開關DL11、DL12，利用光纖通道直接遠跳對側開關，實現快速切除死區故障。
當發生K2點死區故障時，L2線路保護判為區內故障，線路差動保護動作跳開關DL12、DL13、DL52、DL53，站域死區保護收到線路保護跳令、DL12的跳位且判出CT12仍有電流，經短延時封CT12，此時由CT11、CT41、CT42構成的差動保護滿足動作條件，站域差動保護動作跳開關DL11、DL12、DL13，利用光纖通道直接遠跳對側開關，實現快速切除死區故障。
當發生K4點故障且開關DL11失靈時，站域失靈保護收到母線保護跳令、DL21或DL31的跳位且判出CT11仍有電流，經短延時封CT11，此時由CT12、CT41、CT42構成的差動保護滿足動作條件，站域差動保護動作跳開關DL11、DL12，利用光纖通道直接遠跳對側開關，實現快速切除死區故障。
2 開關死區（失靈）保護測試系統
2.1 靜模測試系統
為驗證開關死區（失靈）保護功能的正確性并考核其技術指標是否滿足電力系統的要求，搭建的靜模測試系統如圖3所示。通過繼電保護測試儀對雙端死區（失靈）保護施加模擬量和跳閘開入/跳位開入，死區（失靈）保護通過縱聯光纖通道獲取對側保護的模擬量信息，滿足差動動作條件后死區（失靈）保護將跳閘開出信息反饋給繼電保護測試儀。
圖3 靜模測試系統
2.2 仿真測試系統
為了進一步驗證保證死區（失靈）保護在電力系統發生故障時正確動作，利用RTDS搭建的數模實時仿真系統如圖4所示。對現場可能發生的異常工況進行模擬，考核死區（失靈）保護的動作情況的正確性。
圖4 RTDS實時仿真測試系統
3 測試內容
3.1 保護功能及性能測試
通過靜模測試系統對保護功能及性能進行了測試，主要測試內容如下：
1）壓板、控制字有效性。2）定值準確度測試。3）動作時間測試。4）差動保護制動特性。5）開入、開出功能正確性。6）遠跳功能正確性。7）縱聯光纖通道測試。8）CT斷線對保護的影響。9）系統頻率偏移對保護的影響。10）光CT信號異常對保護的影響。11）裝置自檢出錯對保護的影響。
3.2 電力系統故障仿真
在RTDS實時仿真測試系統中模擬死區故障或開關失靈，考核死區（失靈）保護動作的正確性，并模擬故障保護切除故障后考核死區（失靈）保護是否誤動作，主要測試內容如下：
1）金屬性故障（死區范圍內、外故障）測試。2）發展/轉換性故障測試。3）經過渡電阻故障測試。4）開關失靈測試。5）CT斷線測試。6）CT飽和測試。7）CT拖尾測試。
4 測試驗證結果
4.1 死區（失靈）保護動作指標
常規變電站發生死區故障或開關失靈時，保護動作后切除故障約需要400ms[8]，通過死區（失靈）保護方案優化，保護切除故障時間可控制在200ms以內。
1）死區差動（失靈）保護動作時間
模擬死區故障，實測死區差動保護動作時間見表1，即保護動作時間不超過30ms，若考慮操作箱出口時間為5ms，開關分閘時間不超過60ms，通道延時5ms及遠跳信號確認10ms[9]，則保護動作跳本側開關時間不超過95ms，跳對側開關時間不超過110ms。
模擬母線故障邊開關失靈，考慮光CT無電流拖尾問題，壓縮失靈保護延時為90ms，實測失靈保護動作時間見表2。若保護動作時間不超過120ms，則失靈保護動作跳本側開關時間不超過185ms，跳對側開關時間不超過200ms。
2）站域死區（失靈）保護動作時間
模擬死區故障，實測站域死區保護動作時間見表3。若保護動作時間不超過115ms，則站域保護動作跳本側開關時間不超過180ms，跳對側開關時間不超過195ms。
模擬母線故障邊開關失靈，實測站域失靈保護動作時間見表4。保護動作時間不超過115ms，則站域保護動作跳本側開關時間不超過180ms，跳對側開關時間不超過195ms。
4.2 CT拖尾工況模擬
開關跳開時發生CT拖尾，保護可能誤判為開關失靈，導致失靈保護誤動作，擴大事故范圍[10]。在圖4所示的系統中模擬母線發生區內故障，母線保護動作跳開關DL11、DL21和DL31，故障切除時出現CT11拖尾的情況，考核站域失靈保護是否存在誤動作的情況。
電流互感器拖尾波形如圖5所示，通過測試結果分析，站域失靈保護未出現CT拖尾時誤動作的情況，主要原因是在封CT邏輯中增加電流差分把關，消除CT拖尾或衰減高壓直流電源分量對保護的影響。
圖5 電流互感器拖尾波形
結論
隨著特高壓直流電源輸電的不斷發展，發生故障時在最短的時間內可靠地隔離故障點，才能保證電力系統的安全穩定運行[10-11]?；诩友b光CT的死區差動（失靈）保護和基于本站及相鄰站信息的站域死區（失靈）保護在河南駐馬店500kV嵖岈變電站掛網試運行，經過系統試運行后取得相關運行經驗，為進一步升級改造變電站先行實踐。
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