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，結合龍崗電廠500kV升壓站（以下簡稱龍崗升壓站）并聯電抗器充電過程出現問題及解決辦法進行解析。

　　關鍵詞：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生系統不能承受的瞬態過/欠壓及過流現象，甚至嚴重者造成斷路器爆炸、影響電網輸送電壓質量，電抗器投切控制得當與否決定電網安全運行。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沖擊。近期龍崗升壓站并聯電抗器充電時因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，以期提高涉網設備安全。

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

    SwitchsyncF236根據設定模式進行工作，自適應模式時他記錄每極開關執行結果，由控制器進行自動計算出下一次操作需要調節等待時間，并考慮與預期目標（分合閘時間定值）的偏離值。根據這些因素進行跟蹤控制斷路器，使斷路器各極在預期相位下進行操作。SwitchsyncF236固定模式相對簡單，控制器根據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行。
　　1.2 裝置定值整定
　　1.2.1 斷路器參數
　　1）確定斷路器分相操作或是三相聯動
　　2）斷路器電壓等級及斷路器結構特點
　　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）電抗器電磁聯系
　　根據斷路器參數、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。全站設一組三相獨立式電抗器，電抗器通過5111DK開關投切于I母。
　　
    2.2 保護配置
　　1）500kV電抗器設計兩套電抗器主、副電氣量保護，兩套保護實現雙重化配置。第一套保護即A柜裝設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柜內設計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保護裝置裝設在A柜。電抗器保護均有許繼公司提供。
　　
    2）5111DK斷路器保護設計一套南瑞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自產零序電壓，3I0為電抗器首端TA自產零序電流，XL0為電抗器零序電抗，XS0為系統電抗。
　　
    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 斷路器控制設計
　　5111DK斷路器正常操作情況下（遠方控制）由值長臺NCS監控終端發出分合閘指令至5111DK斷路器測控裝置，經判別分合閘條件滿足后傳輸指令進入SwitchsyncF236裝置，SwitchsyncF236根據采集到系統電壓進行適時發出分相操作指令。分相操作指令依次通過斷路器操作箱、斷路器機構實現分合閘操作。
　　
    3 數據分析
　　3.1 波形圖采集
　　1）電抗器投入系統匝間保護動作波形圖。如圖2
　　2）電抗器正常投入系統波形圖。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相合閘后趨于穩定，C相合閘后電流偏向時間軸一側，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相電流均未出現畸變。3I0只在三相非全相運行時產生，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，保護定值按網調定值單整定。
　　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。經對SwitchsyncF236定值與現場電抗器接線實際對照,發現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、三相無磁路聯系電抗器。因為有無磁路聯系影響其他相合閘的預合閘時間，最終造成后合閘相不在預期點合閘。
　　
      4.2 處理方法
　　1）將SwitchsyncF236原自適應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。
　　3）查找SwitchsyncF236技術說明書確定整定方案。修改前后定值見表1
　　
      5 總結
      近年投產的高壓電網新型設備較多，SwitchsyncF236合閘角控制裝置就是其中之一。這類新設備原理新穎、操控時間更精密，控制得當可以提高電網運行可靠性。相反控制不當將會引起不可預計后果。這就需要廣大繼電保護工作者孜孜不倦的研究新原理，掌握設備性能，排查投運設備運行情況。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，超高壓輸電在電網中占比例越來越大。維護好高壓輸電網絡具有舉足輕重的作用。