電抗器原理之電抗器匝間保護誤動探討

    電抗器原理之電抗器匝間保護誤動探討
    摘　要：ABB公司生產(chǎn)的SwitchsyncF236合閘角控制裝置主要用于精準控制斷路器分合閘時間，最大限度消除或限制分合閘時的暫態(tài)沖擊電流。本文就SwitchsyncF236控制斷路器分合閘的基本原理、電抗器匝間保護原理進行簡介，結(jié)合龍崗電廠500kV升壓站（以下簡稱龍崗升壓站）并聯(lián)電抗器充電過程出現(xiàn)問題及解決辦法進行解析。

　　關(guān)鍵詞：SwitchsyncF236電抗器; 3/2接線; 匝間保護; 磁路

    0 引 言
　　高壓斷路器在分合過程中可能產(chǎn)生系統(tǒng)不能承受的瞬態(tài)過/欠壓及過流現(xiàn)象，甚至嚴重者造成斷路器爆炸、影響電網(wǎng)輸送電壓質(zhì)量，電抗器投切控制得當與否決定電網(wǎng)安全運行。由此可見電抗器投切過程更需要精準控制分合閘時間消除暫態(tài)沖擊。近期龍崗升壓站并聯(lián)電抗器充電時因SwitchsyncF236控制器合閘時間不當引起電抗器匝間保護誤動，本文就龍崗升壓站電抗器合閘波形進行分析。希望對SwitchsyncF236用戶起到借鑒作用，以期提高涉網(wǎng)設(shè)備安全。

    1 SwitchsyncF236原理
　　1.1功能原理簡介
　　總體而言其功能原理就是SwitchsyncF236保留來自控制系統(tǒng)的操作命令，SwitchsyncF236采集系統(tǒng)電壓，其微處理器基準電壓（A相）為零時，開啟時鐘，根據(jù)計算三相電流過零點時間依次進行合閘。

    SwitchsyncF236根據(jù)設(shè)定模式進行工作，自適應(yīng)模式時他記錄每極開關(guān)執(zhí)行結(jié)果，由控制器進行自動計算出下一次操作需要調(diào)節(jié)等待時間，并考慮與預(yù)期目標（分合閘時間定值）的偏離值。根據(jù)這些因素進行跟蹤控制斷路器，使斷路器各極在預(yù)期相位下進行操作。SwitchsyncF236固定模式相對簡單，控制器根據(jù)輸入的分合閘時間定值，在接收到分合閘指令時以固定的時間執(zhí)行。
　　1.2 裝置定值整定
　　1.2.1 斷路器參數(shù)
　　1）確定斷路器分相操作或是三相聯(lián)動
　　2）斷路器電壓等級及斷路器結(jié)構(gòu)特點
　　3）實測斷路器分合閘時間　

    1.2.2 負載形式、投切方式
　　1）負載為電抗器或電容器，其接線方式
　　2）SwitchsyncF236控制負載合閘、分閘或分合閘
　　3）電抗器電磁聯(lián)系
　　根據(jù)斷路器參數(shù)、投切負載形式、負載接線方式等綜合因素進行選擇SwitchsyncF236整定方案。
　　
    2 電抗器保護構(gòu)成及控制方式
　　2.1 工程簡介
　　龍崗升壓站采用雙母線布局，兩回出線、兩臺660MW機組接入本站，采用3/2接線方式。全站設(shè)一組三相獨立式電抗器，電抗器通過5111DK開關(guān)投切于I母。
　　
    2.2 保護配置
　　1）500kV電抗器設(shè)計兩套電抗器主、副電氣量保護，兩套保護實現(xiàn)雙重化配置。第一套保護即A柜裝設(shè)WFB-802A/F速斷過流保護,WKB-801A電抗器差動、電抗器匝間。第二套保護即B柜內(nèi)設(shè)計WFB-802A/F速斷過流保護,WKB-801A電抗器差動、電抗器匝間。一套電抗器非電量WKB-802A/R1保護裝置裝設(shè)在A柜。電抗器保護均有許繼公司提供。
　　
    2）5111DK斷路器保護設(shè)計一套南瑞RCS-921A斷路器保護及重合閘裝置，一套SwitchsyncF236用于分合閘角控制裝置。
　　
    2.3 電抗器匝間保護原理
　　分相式電抗器當某一相短路匝數(shù)很少時，匝間短路引起的三相不平衡電流很小，很難被保護裝置檢測出，而分相式縱向差動不反應(yīng)匝間短路故障，許繼WKB801A微機電抗器比幅式零序方向原理匝間保護原理如下。
　　1）動作方程：|3U0-j3I0XL0|>|3U0+j3I0XS0|
　　式中3U0為TV自產(chǎn)零序電壓，3I0為電抗器首端TA自產(chǎn)零序電流，XL0為電抗器零序電抗，XS0為系統(tǒng)電抗。
　　
    2）電抗器匝間短路如圖1中K1
　　電抗器匝間短路時，電抗器向系統(tǒng)送出零序功率，此時匝間保護測量到的零序電壓3U0=- j3I0XS0，保護的動作量為|3U0-j3I0XL0|=|-j3I0（XL0+XS0）|，制動量為|3U0+ j3I0XS0）|為零。即使短路匝間很少時，由于電抗器零序電抗XL0很大，而系統(tǒng)零序電抗XS0較小，故保護的動作量遠大于制動量，保護可以靈敏動作。
　　
    2.4 斷路器控制設(shè)計
　　5111DK斷路器正常操作情況下（遠方控制）由值長臺NCS監(jiān)控終端發(fā)出分合閘指令至5111DK斷路器測控裝置，經(jīng)判別分合閘條件滿足后傳輸指令進入SwitchsyncF236裝置，SwitchsyncF236根據(jù)采集到系統(tǒng)電壓進行適時發(fā)出分相操作指令。分相操作指令依次通過斷路器操作箱、斷路器機構(gòu)實現(xiàn)分合閘操作。
　　
    3 數(shù)據(jù)分析
　　3.1 波形圖采集
　　1）電抗器投入系統(tǒng)匝間保護動作波形圖。如圖2
　　2）電抗器正常投入系統(tǒng)波形圖。如圖3
　　
    3.2 波形分析
　　1）圖2明顯看出斷路器合閘三個周波后跳閘，斷路器依次合閘順序為A-B-C。A\B相在電壓峰值、電流過零點時合閘，C相在電壓上升過程，C相電流不過零點合閘。
　　2）圖2中A\B相合閘后趨于穩(wěn)定，C相合閘后電流偏向時間軸一側(cè)，波形中含有大量高次諧波。3I0值一直沒有衰減，一直大于動作值。根據(jù)當時零序分量值，滿足|3U0-j3I0XL0|>|3U0+j3I0XS0|。
　　3）圖3斷路器依次合閘順序為A-C-B，A\B相電壓處于波峰、電流過零點時合閘，C相電壓處于波谷，C相電流過零點時合閘。三相合閘延時依次為3.3ms。滿足各相電流過零點時合閘。
　　4） 圖3中A\B\C相電流均未出現(xiàn)畸變。3I0只在三相非全相運行時產(chǎn)生，三相成功合閘后3I0非常小。
　　
    4 問題根源及處理
　　4.1 問題查找
　　1）電抗器匝間保護動作后對匝間保護動作邏輯及動作值進行分析，保護邏輯正確，保護定值按網(wǎng)調(diào)定值單整定。
　　2）對電抗器各相絕緣油進行化驗，絕緣油總烴含量與上次試驗值無差異，排除電抗器內(nèi)部匝間故障。
　　
      3)對圖2斷路器合閘時間分析可以看出，C相斷路器合閘時間比預(yù)期合閘時間滯后3ms左右。電流值不在過零點時合閘引起電抗器充電電流中含有高次諧波。經(jīng)對SwitchsyncF236定值與現(xiàn)場電抗器接線實際對照,發(fā)現(xiàn)SwitchsyncF236分合閘時間定值按三相三柱式有電磁耦合電抗器進行整定。而電抗器為三相獨立式、中性點直接接地、三相無磁路聯(lián)系電抗器。因為有無磁路聯(lián)系影響其他相合閘的預(yù)合閘時間，最終造成后合閘相不在預(yù)期點合閘。
　　
      4.2 處理方法
　　1）將SwitchsyncF236原自適應(yīng)模式下存儲斷路器分合閘時間清空。
　　2）實測5111DK斷路器分合閘時間值作為SwitchsyncF236定值依據(jù)。
　　3）查找SwitchsyncF236技術(shù)說明書確定整定方案。修改前后定值見表1
　　
      5 總結(jié)
      近年投產(chǎn)的高壓電網(wǎng)新型設(shè)備較多，SwitchsyncF236合閘角控制裝置就是其中之一。這類新設(shè)備原理新穎、操控時間更精密，控制得當可以提高電網(wǎng)運行可靠性。相反控制不當將會引起不可預(yù)計后果。這就需要廣大繼電保護工作者孜孜不倦的研究新原理，掌握設(shè)備性能，排查投運設(shè)備運行情況。由于我國能源分布與用電負荷地域性差異較大等諸多特點，超高壓輸電在電網(wǎng)中占比例越來越大。維護好高壓輸電網(wǎng)絡(luò)具有舉足輕重的作用。