換流變檔位調(diào)節(jié)對差動保護(hù)的影響及解決方案

胡曉靜，徐玉潔，路振宇，劉家軍，王海超

(1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000;2.鎮(zhèn)平縣電業(yè)局，河南 鎮(zhèn)平 474250)

0 引言

在高壓直流輸電系統(tǒng)中，換流變壓器處在交流電與直流電互相變換的核心位置，起著參與交直流變換、交直流系統(tǒng)電氣隔離、抑制直流故障電流、削弱交流系統(tǒng)入侵直流系統(tǒng)的過電壓等重要作用，是直流輸電系統(tǒng)的核心設(shè)備。換流變壓器的可靠運(yùn)行對直流輸電系統(tǒng)有著非常重要的意義。

在直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，為了在交流側(cè)電壓波動或者直流系統(tǒng)改變運(yùn)行模式時維持直流線路電壓恒定，換流變壓器運(yùn)行時需要進(jìn)行有載調(diào)壓。通過有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)壓，可以補(bǔ)償換流變壓器交流網(wǎng)側(cè)電壓的變化以及保持觸發(fā)角運(yùn)行在適當(dāng)范圍內(nèi)以保證運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1]。

常規(guī)交流變壓器有載調(diào)壓主要用于調(diào)整負(fù)荷側(cè)電壓水平以提高供電質(zhì)量，調(diào)壓范圍相對較窄，分接頭動作也不頻繁。在直流系統(tǒng)中，直流電壓的變化由換流變壓器分接頭的調(diào)整或換流閥導(dǎo)通角控制來實(shí)現(xiàn)，分接頭動作比較頻繁，同時要求分接頭調(diào)整范圍較大[2]。目前許多遠(yuǎn)距離高壓直流輸電工程都利用降壓運(yùn)行來消除直流架空線路的絕緣由于氣象及污穢原因而降低時所發(fā)生的非永久性接地故障，以提高輸電系統(tǒng)的可用率。當(dāng)采用這種方式時，換流變壓器分接頭范圍的選擇應(yīng)與控制角配合以適應(yīng)降壓要求，這種情況下要求的分接頭調(diào)整范圍最大，往往高達(dá)20% ～30%[3]。換流變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)還參與系統(tǒng)控制以便于讓晶閘管的觸發(fā)角運(yùn)行于適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

1 換流變壓器差動保護(hù)原理

差動保護(hù)是換流變壓器的主保護(hù)，換流變壓器差動保護(hù)一般采用比率制動式差動保護(hù)，以雙繞組換流變?yōu)槔?，保護(hù)配置圖如圖1所示。

圖1 換流變差動保護(hù)配置圖

以圖1中星星變?yōu)槔顒颖Ｗo(hù)取換流變網(wǎng)側(cè)電流互感器TA1和閥側(cè)電流互感器TA2的電流參與差動保護(hù)計(jì)算。網(wǎng)側(cè)額定電流，閥側(cè)額定電流，其中Ie1、Ie2分別為星星換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的額定電流，Sn為換流變額定容量，Ue1、Ue2分別為換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)的額定電壓，n1、n2分別為換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)CT的變比。

由于換流變網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)均使用套管CT，所以不用考慮高低壓側(cè)電流星角轉(zhuǎn)換，但是網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)CT變比不同，保護(hù)裝置需使用換流變的額定容量和網(wǎng)側(cè)額定電壓計(jì)算出網(wǎng)側(cè)、閥側(cè)電流的平衡系數(shù)，用于差動保護(hù)中。以換流變網(wǎng)側(cè)電流為基準(zhǔn)，計(jì)算換流變閥側(cè)電流的平衡系數(shù):

換流變壓器在基準(zhǔn)檔位正常運(yùn)行時，差流:

2 調(diào)檔對差動保護(hù)的影響

換流變壓器檔位調(diào)節(jié)的原理就是通過調(diào)節(jié)抽頭位置改變換流變一、二次繞組接入電路中的線圈匝數(shù)，從而改變變壓器二次側(cè)的電壓。如圖2所示，0檔位為基準(zhǔn)檔位，調(diào)節(jié)檔位到+5%檔時，變壓器二次側(cè)電壓U2減小5%，調(diào)節(jié)檔位到－5%檔時，變壓器二次側(cè)電壓U2增大5%。

圖2 變壓器分接頭示意圖

以云廣工程楚雄站為例，計(jì)算換流變檔位變化1檔時的差流:

云廣直流輸電工程楚雄站換流變的分接頭檔位為－6/+18共25檔，每檔調(diào)節(jié)1.25%[4]。換流變檔位從基準(zhǔn)檔位上調(diào)一檔時，網(wǎng)側(cè)繞組匝數(shù)增多，N'1=(1+1.25%)*N1，由可知調(diào)檔后換流變閥側(cè)電壓

調(diào)檔后的差流:

3 怎樣減小或消除檔位調(diào)節(jié)對換流變保護(hù)的影響

換流變檔位調(diào)節(jié)時，由于保護(hù)程序中計(jì)算差流使用的平衡系數(shù)k不會隨檔位變化而變化，導(dǎo)致差動保護(hù)算法會計(jì)算出一定的差流。檔位調(diào)節(jié)越偏離基準(zhǔn)檔位，計(jì)算出的差流越大。差流可能引起保護(hù)長期啟動，影響保護(hù)的安全可靠運(yùn)行，并且在受到干擾時有可能導(dǎo)致保護(hù)誤動，甚至造成直流輸電系統(tǒng)緊急停運(yùn)。因此，應(yīng)盡量減小或消除換流變檔位調(diào)節(jié)對差動保護(hù)的影響。主要有以下幾種方法。

3.1 選擇合適的基準(zhǔn)檔位

為了盡可能地減小由于檔位變化而導(dǎo)致保護(hù)程序計(jì)算出差流，在選取基準(zhǔn)檔位時應(yīng)盡量選擇中間檔位。這樣當(dāng)檔位調(diào)節(jié)到最高或最低檔位時保護(hù)程序計(jì)算出的差流也比較小。

以云廣直流輸電工程楚雄站為例，若選取+6檔為基準(zhǔn)檔位，則+6檔對應(yīng)的線電壓為網(wǎng)側(cè)額定電壓。星星變額定容量Sn=750 MVar，網(wǎng)側(cè) CT變比 n1=4 000/1，網(wǎng)側(cè)額定電壓中Ue1為:

網(wǎng)側(cè)額定電流Ie1為:

以云廣工程楚雄站為例，若選取+6檔為基準(zhǔn)檔位，檔位調(diào)節(jié)到+18檔時換流變保護(hù)裝置計(jì)算出的差流為:

若選取0檔為基準(zhǔn)檔位，檔位調(diào)節(jié)到+18檔時換流變保護(hù)裝置計(jì)算出的差流為:

可見，應(yīng)盡量選擇+6檔為基準(zhǔn)檔位，這樣在調(diào)分接頭到最大檔位時產(chǎn)生的差流比較小。在這種情況下，如果差動保護(hù)的動作定值小于0.029 A，保護(hù)就有可能誤動。一般在定值整定時都考慮了分接頭調(diào)整的影響，差動保護(hù)的最小動作電流定值都會高于這個值。但如果保護(hù)的啟動門檻小于0.029 A，保護(hù)就會處于長期啟動狀態(tài)，在干擾狀況下也容易誤動，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 定值整定計(jì)算時考慮檔位調(diào)節(jié)的影響

整定換流變差動保護(hù)定值時，應(yīng)考慮換流變調(diào)檔時保護(hù)程序計(jì)算出的差流的影響，保證差動保護(hù)最小動作電流和啟動電流大于換流變調(diào)到最高檔位時引起的差流。

3.3 引入換流變檔位參與差動保護(hù)計(jì)算

考慮將換流變檔位信息引入換流變保護(hù)裝置并參與差動保護(hù)計(jì)算，這樣在檔位變化時保護(hù)裝置CPU可以及時調(diào)整計(jì)算差流的各個參數(shù)，不會造成誤計(jì)算出差流的情況。

在直流輸電工程中，一般將換流變檔位信號引入極控檔位控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)根據(jù)直流運(yùn)行方式和功率、電壓要求來自動調(diào)節(jié)換流變檔位。換流變分接頭控制是直流控制系統(tǒng)的一個重要功能模塊[5]。也已經(jīng)有了將換流變檔位信號引入換流變過激磁保護(hù)的應(yīng)用先例，且現(xiàn)場運(yùn)行情況良好[2]。這說明換流變壓器檔位信號可以作為保護(hù)及控制的輔助判據(jù)，能及時可靠地反映檔位調(diào)節(jié)情況。

雖然目前還沒有直流輸電工程將換流變檔位引入換流變保護(hù)裝置參與差動保護(hù)計(jì)算的應(yīng)用先例，但是根據(jù)以上分析，此方案能夠大大提高換流變差動保護(hù)的靈敏度和可靠性，且簡單易行、可靠性高。

應(yīng)用此方案時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)將換流變檔位信息接入換流變保護(hù)裝置開入插件，同時接入“正在調(diào)檔”、“檔位出錯”等信號。換流變檔位調(diào)節(jié)時調(diào)節(jié)一檔的時間比較長，換流變保護(hù)裝置應(yīng)確保在一次檔位調(diào)節(jié)過程完成后才確認(rèn)更新檔位信息，而不受中間狀態(tài)的影響。

2)調(diào)檔過程為一檔一檔地調(diào)節(jié)，在調(diào)檔過程中保護(hù)裝置可能會計(jì)算出差流，但是只是實(shí)際檔位與計(jì)算檔位相差一檔所導(dǎo)致的差流，非常小。應(yīng)合理設(shè)置保護(hù)啟動門檻，保證調(diào)檔中間過程保護(hù)不啟動。

3)在發(fā)生檔位調(diào)節(jié)器故障、滑檔等錯誤時，應(yīng)記憶故障前的檔位狀態(tài)或者用基準(zhǔn)檔位狀態(tài)計(jì)算。

4 結(jié)束語

在直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，換流變壓器調(diào)檔非常頻繁，而且檔位調(diào)節(jié)范圍比較寬，對換流變二次側(cè)電壓的影響很大，控制和保護(hù)系統(tǒng)中應(yīng)充分考慮換流變調(diào)檔的影響。換流變檔位變化時差動保護(hù)會誤計(jì)算出一定的差流，這個差流可能會造成保護(hù)長期啟動，影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文分析了差流產(chǎn)生的原因以及在運(yùn)行過程中減小差流影響的方法。提出了一種引入換流變壓器檔位信號的差動保護(hù)方案，該方案能夠消除調(diào)檔對換流變差動保護(hù)的影響，大大提高保護(hù)的可靠性。

[1]陳文毅，楊東東.換流變有載調(diào)壓開關(guān)控制[J].廣東水利水電，2007，12(6):92 －94.

[2]宋紅濤，張振華，胡曉靜，等.引入分接頭檔位的換流變壓器過勵磁保護(hù)方案[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(增刊2):808－810.

[3]趙畹君.直流輸電工程技術(shù)[M].北京:中國電力出版社，2004:308－315.

[4]張志朝，劉濤，宋述波.云廣特高壓直流工程換流變分接頭切換控制研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38(20):205－208.

[5]張婷，張小亮.葛洲壩換流站換流變分接頭檔位異常變化原因及整改措施[J].電網(wǎng)與清潔能源，2009，25(10):59－61.