電抗器原理之電抗器匝間保護(hù)誤動(dòng)探討

    電抗器原理之電抗器匝間保護(hù)誤動(dòng)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(zhǔn)控制斷路器分合閘時(shí)間，最大限度消除或限制分合閘時(shí)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(hù)原理進(jìn)行簡(jiǎn)介，結(jié)合龍崗電廠500kV升壓站（以下簡(jiǎn)稱龍崗升壓站）并聯(lián)電抗器充電過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題及解決辦法進(jìn)行解析。

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

    0 引 言
　　高壓斷路器在分合過(guò)程中可能產(chǎn)生系統(tǒng)不能承受的瞬態(tài)過(guò)/欠壓及過(guò)流現(xiàn)象，甚至嚴(yán)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(dāng)與否決定電網(wǎng)安全運(yùn)行。由此可見電抗器投切過(guò)程更需要精準(zhǔn)控制分合閘時(shí)間消除暫態(tài)沖擊。近期龍崗升壓站并聯(lián)電抗器充電時(shí)因SwitchsyncF236控制器合閘時(shí)間不當(dāng)引起電抗器匝間保護(hù)誤動(dòng)，本文就龍崗升壓站電抗器合閘波形進(jìn)行分析。希望對(duì)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(jiǎn)介
　　總體而言其功能原理就是SwitchsyncF236保留來(lái)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(zhǔn)電壓（A相）為零時(shí)，開啟時(shí)鐘，根據(jù)計(jì)算三相電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)間依次進(jìn)行合閘。

    SwitchsyncF236根據(jù)設(shè)定模式進(jìn)行工作，自適應(yīng)模式時(shí)他記錄每極開關(guān)執(zhí)行結(jié)果，由控制器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算出下一次操作需要調(diào)節(jié)等待時(shí)間，并考慮與預(yù)期目標(biāo)（分合閘時(shí)間定值）的偏離值。根據(jù)這些因素進(jìn)行跟蹤控制斷路器，使斷路器各極在預(yù)期相位下進(jìn)行操作。SwitchsyncF236固定模式相對(duì)簡(jiǎn)單，控制器根據(jù)輸入的分合閘時(shí)間定值，在接收到分合閘指令時(shí)以固定的時(shí)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(dòng)
　　2）斷路器電壓等級(jí)及斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
　　3）實(shí)測(cè)斷路器分合閘時(shí)間　

    1.2.2 負(fù)載形式、投切方式
　　1）負(fù)載為電抗器或電容器，其接線方式
　　2）SwitchsyncF236控制負(fù)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(fù)載形式、負(fù)載接線方式等綜合因素進(jìn)行選擇SwitchsyncF236整定方案。
　　
    2 電抗器保護(hù)構(gòu)成及控制方式
　　2.1 工程簡(jiǎn)介
　　龍崗升壓站采用雙母線布局，兩回出線、兩臺(tái)660MW機(jī)組接入本站，采用3/2接線方式。全站設(shè)一組三相獨(dú)立式電抗器，電抗器通過(guò)5111DK開關(guān)投切于I母。
　　
    2.2 保護(hù)配置
　　1）500kV電抗器設(shè)計(jì)兩套電抗器主、副電氣量保護(hù)，兩套保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙重化配置。第一套保護(hù)即A柜裝設(shè)WFB-802A/F速斷過(guò)流保護(hù),WKB-801A電抗器差動(dòng)、電抗器匝間。第二套保護(hù)即B柜內(nèi)設(shè)計(jì)WFB-802A/F速斷過(guò)流保護(hù),WKB-801A電抗器差動(dòng)、電抗器匝間。一套電抗器非電量WKB-802A/R1保護(hù)裝置裝設(shè)在A柜。電抗器保護(hù)均有許繼公司提供。
　　
    2）5111DK斷路器保護(hù)設(shè)計(jì)一套南瑞RCS-921A斷路器保護(hù)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(hù)原理
　　分相式電抗器當(dāng)某一相短路匝數(shù)很少時(shí)，匝間短路引起的三相不平衡電流很小，很難被保護(hù)裝置檢測(cè)出，而分相式縱向差動(dòng)不反應(yīng)匝間短路故障，許繼WKB801A微機(jī)電抗器比幅式零序方向原理匝間保護(hù)原理如下。
　　1）動(dòng)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(shí)，電抗器向系統(tǒng)送出零序功率，此時(shí)匝間保護(hù)測(cè)量到的零序電壓3U0=- j3I0XS0，保護(hù)的動(dòng)作量為|3U0-j3I0XL0|=|-j3I0（XL0+XS0）|，制動(dòng)量為|3U0+ j3I0XS0）|為零。即使短路匝間很少時(shí)，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(hù)的動(dòng)作量遠(yuǎn)大于制動(dòng)量，保護(hù)可以靈敏動(dòng)作。
　　
    2.4 斷路器控制設(shè)計(jì)
　　5111DK斷路器正常操作情況下（遠(yuǎn)方控制）由值長(zhǎng)臺(tái)NCS監(jiān)控終端發(fā)出分合閘指令至5111DK斷路器測(cè)控裝置，經(jīng)判別分合閘條件滿足后傳輸指令進(jìn)入SwitchsyncF236裝置，SwitchsyncF236根據(jù)采集到系統(tǒng)電壓進(jìn)行適時(shí)發(fā)出分相操作指令。分相操作指令依次通過(guò)斷路器操作箱、斷路器機(jī)構(gòu)實(shí)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(hù)動(dòng)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(gè)周波后跳閘，斷路器依次合閘順序?yàn)锳-B-C。A\B相在電壓峰值、電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)合閘，C相在電壓上升過(guò)程，C相電流不過(guò)零點(diǎn)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(shí)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(dòng)作值。根據(jù)當(dāng)時(shí)零序分量值，滿足|3U0-j3I0XL0|>|3U0+j3I0XS0|。
　　3）圖3斷路器依次合閘順序?yàn)锳-C-B，A\B相電壓處于波峰、電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)合閘，C相電壓處于波谷，C相電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)合閘。三相合閘延時(shí)依次為3.3ms。滿足各相電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)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(yùn)行時(shí)產(chǎn)生，三相成功合閘后3I0非常小。
　　
    4 問(wèn)題根源及處理
　　4.1 問(wèn)題查找
　　1）電抗器匝間保護(hù)動(dòng)作后對(duì)匝間保護(hù)動(dòng)作邏輯及動(dòng)作值進(jìn)行分析，保護(hù)邏輯正確，保護(hù)定值按網(wǎng)調(diào)定值單整定。
　　2）對(duì)電抗器各相絕緣油進(jìn)行化驗(yàn)，絕緣油總烴含量與上次試驗(yàn)值無(wú)差異，排除電抗器內(nèi)部匝間故障。
　　
      3)對(duì)圖2斷路器合閘時(shí)間分析可以看出，C相斷路器合閘時(shí)間比預(yù)期合閘時(shí)間滯后3ms左右。電流值不在過(guò)零點(diǎn)時(shí)合閘引起電抗器充電電流中含有高次諧波。經(jīng)對(duì)SwitchsyncF236定值與現(xiàn)場(chǎng)電抗器接線實(shí)際對(duì)照,發(fā)現(xiàn)SwitchsyncF236分合閘時(shí)間定值按三相三柱式有電磁耦合電抗器進(jìn)行整定。而電抗器為三相獨(dú)立式、中性點(diǎn)直接接地、三相無(wú)磁路聯(lián)系電抗器。因?yàn)橛袩o(wú)磁路聯(lián)系影響其他相合閘的預(yù)合閘時(shí)間，最終造成后合閘相不在預(yù)期點(diǎn)合閘。
　　
      4.2 處理方法
　　1）將SwitchsyncF236原自適應(yīng)模式下存儲(chǔ)斷路器分合閘時(shí)間清空。
　　2）實(shí)測(cè)5111DK斷路器分合閘時(shí)間值作為SwitchsyncF236定值依據(jù)。
　　3）查找SwitchsyncF236技術(shù)說(shuō)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(shí)間更精密，控制得當(dāng)可以提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。相反控制不當(dāng)將會(huì)引起不可預(yù)計(jì)后果。這就需要廣大繼電保護(hù)工作者孜孜不倦的研究新原理，掌握設(shè)備性能，排查投運(yùn)設(shè)備運(yùn)行情況。由于我國(guó)能源分布與用電負(fù)荷地域性差異較大等諸多特點(diǎn)，超高壓輸電在電網(wǎng)中占比例越來(lái)越大。維護(hù)好高壓輸電網(wǎng)絡(luò)具有舉足輕重的作用。