500KV并聯(lián)電抗器匝間保護(hù)誤動(dòng)原因分析及對(duì)策

文戰(zhàn)友

(許昌龍崗發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 禹州 461690)

0 引言

在超高壓輸電線路網(wǎng)絡(luò)的末端，為了改善電力系統(tǒng)的無功功率分布狀態(tài)，防止發(fā)電機(jī)帶長線路可能出現(xiàn)的自勵(lì)磁諧振現(xiàn)象，一般在變電站母線上裝設(shè)并聯(lián)電抗器。電抗器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，嚴(yán)重時(shí)甚至造成斷路器爆炸，影響電網(wǎng)電壓質(zhì)量和電網(wǎng)安全運(yùn)行。因此抑制電抗器操作時(shí)的勵(lì)磁涌流和保護(hù)控制裝置的穩(wěn)定可靠性，就成為我們?cè)O(shè)備維護(hù)者日常必須學(xué)習(xí)、探討的內(nèi)容。

1 保護(hù)動(dòng)作及配置情況

1.1 保護(hù)動(dòng)作情況

某500KV變電站為3/2接線方式，兩臺(tái)發(fā)電機(jī)通過主變升壓后單元接入，有兩條線路與對(duì)側(cè)500kV變電站連接，全站設(shè)一組三相獨(dú)立式電抗器，電抗器通過5011DK開關(guān)投切于I母。

圖1 500KV升壓站接線圖

2011年10月16日18:59分，500kV電抗器檢修工作結(jié)束投入系統(tǒng)充電，電抗器保護(hù)AB柜內(nèi)WKB－801A裝置均匝間保護(hù)動(dòng)作，電抗器開關(guān)5111DK合閘后即跳閘。WKB－801A裝置匝間保護(hù)動(dòng)作報(bào)告:電抗器零序電壓0.918V，零序電流0.114A，零序電流值和零序功率值達(dá)到動(dòng)作值。WKB－801A保護(hù)屬正確動(dòng)作。

1.2 保護(hù)配置情況

1.2.1 500kV電抗器配置兩套電抗器電氣量保護(hù)，兩套保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙重化。第一套保護(hù)即A柜裝設(shè)WFB－802A/F速斷過流保護(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。

1.2.2 5011DK斷路器保護(hù)配置一套南瑞RCS－921A斷路器保護(hù)及重合閘裝置，一套SwitchsyncF236斷路器分合閘角控制裝置。

1.3 電抗器匝間保護(hù)原理

分相式電抗器由于其結(jié)構(gòu)的特性，其故障形式主要為單相接地和匝間短路，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，很難被分相式縱向差動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)出。許繼WKB801A微機(jī)電抗器零序功率方向匝間保護(hù)原理如下。

1.3.1 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。規(guī)定零序電流的正方向指向電抗器。

1.3.2 電抗器匝間短路如圖1中K1

圖2 內(nèi)部短路

電抗器匝間短路時(shí)，零序源在電抗器內(nèi)部，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 斷路器控制器F236介紹

2.1 功能原理簡(jiǎn)介

5011DK斷路器正常操作情況下(遠(yuǎn)方控制)由值長臺(tái)NCS監(jiān)控終端發(fā)出分合閘指令至5011DK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)入斷路器控制器F236裝置，F(xiàn)236根據(jù)采集到的系統(tǒng)電壓進(jìn)行內(nèi)部計(jì)算，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)算三相電流過零點(diǎn)時(shí)間依次發(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(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)分合閘操作。

F236根據(jù)設(shè)定模式進(jìn)行工作，自適應(yīng)模式時(shí)它記錄每相開關(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，使斷路器各相在預(yù)期相位下進(jìn)行操作。F236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。

2.2 裝置斷路器參數(shù)定值整定

2.2.1 確定斷路器分相操作或是三相聯(lián)動(dòng)

2.2.2 斷路器電壓等級(jí)及斷路器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.2.3 實(shí)測(cè)斷路器分合閘時(shí)間

2.3 裝置負(fù)載形式、投切方式整定

2.3.1 負(fù)載為電抗器或電容器，其接線方式

2.3.2 F236控制負(fù)載合閘、分閘或分合閘

2.3.3 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)行選擇斷路器控制器F236整定方案。

3 存在問題原因分析及對(duì)策

保護(hù)動(dòng)作后，立即組織人員對(duì)一次設(shè)備及相關(guān)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢查電抗器外觀及絕緣測(cè)試未發(fā)現(xiàn)異常。通過查看錄波文件，在開關(guān)合閘瞬間，電抗器C相電流畸變，出現(xiàn)很大的零序電流和零序電壓。

3.1 原因分析

3.1.1 從動(dòng)作時(shí)錄波圖(圖3)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。AB相在電壓峰值、電流過零點(diǎn)時(shí)合閘，C相在電壓上升過程，C相電流不過零點(diǎn)合閘。

3.1.2 圖3中AB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|。

圖3 電抗器投入匝間保護(hù)動(dòng)作時(shí)錄波圖

3.1.3 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，也不存在問題。

3.1.4 為排除電抗器內(nèi)部存在輕微匝間短路的可能，19日取變壓器油樣進(jìn)行油色譜化驗(yàn)，絕緣油總烴含量與上次試驗(yàn)值無差異，排除電抗器內(nèi)部匝間故障。

3.1.5 對(duì)圖3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)F236定值與現(xiàn)場(chǎng)電抗器接線實(shí)際對(duì)照，發(fā)現(xiàn)F236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。而本電抗器為三相獨(dú)立式、中性點(diǎn)直接接地、三相無磁路聯(lián)系電抗器。因?yàn)橛袩o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。

3.2 解決對(duì)策

原因分析方向找到后，立即聯(lián)系F236廠家技術(shù)人員進(jìn)行咨詢，實(shí)測(cè)斷路器三相分、合閘時(shí)間，結(jié)合保護(hù)動(dòng)作時(shí)的錄波數(shù)據(jù)，按照F236技術(shù)說明書確定定值整定方案(表1)。定值修改后，申請(qǐng)調(diào)度再次投入電抗器，各方面顯示正常。

表1 F236修改前后定值

從電抗器再次正常投入錄波圖看，斷路器依次合閘順序?yàn)锳－C－B，AB相電壓處于波峰、電流過零點(diǎn)時(shí)合閘，C相電壓處于波谷，C相電流過零點(diǎn)時(shí)合閘。三相合閘延時(shí)依次為3.3ms。滿足各相電流過零點(diǎn)時(shí)合閘。

4 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)工作者不斷研究新原理，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)中占比例越來越大，維護(hù)好高壓輸電網(wǎng)絡(luò)具有舉足輕重的作用。希望通過本文的分析，能起到借鑒作用，以期提高涉網(wǎng)設(shè)備安全。

［1］ABB.SwitchsyncF236控制器使用說明手冊(cè) 5409 722－101E(版本3)說明書

［2］WKB－801A微機(jī)并聯(lián)電抗器保護(hù)裝置技術(shù)說明書2007版