基于3 次諧波電流監(jiān)測(cè)相控電抗器匝間短路的方法

賈跟卯，金山櫻，駱福權(quán)，胡濟(jì)成，趙啟承

（1.天津經(jīng)緯正能電氣設(shè)備有限公司，天津 300350；2.南京電氣（集團(tuán)）智能電力設(shè)備有限公司，南京 210046；3.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014）

0 引言

10～66 kV 電壓等級(jí)、50～360 Mvar 級(jí)別的靜態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱靜補(bǔ)系統(tǒng)）（static var compensators，SVC），通常采用相位角觸發(fā)晶閘管閥控制電抗器（簡(jiǎn)稱相控電抗器）（thyristor controlled reactor，TCR），實(shí)現(xiàn)從0～100% 額定基波感性無功容量的平滑可調(diào)，再配置一定容量的5、7 以及11 次等濾波器，實(shí)現(xiàn)濾波并提供容性無功。

業(yè)內(nèi)獲取的數(shù)據(jù)顯示，匝間短路是TCR 電抗器最主要的故障類型，與干式空心并聯(lián)電抗器一樣，線圈繞線匝間短路后會(huì)出現(xiàn)巨大的短路環(huán)流，導(dǎo)致匝間短路以極其快速的速度發(fā)展，同時(shí)短路高溫導(dǎo)致環(huán)氧樹脂及鋁線著火燃燒。由于TCR 的特殊接線形式及其在相位角控制下角內(nèi)電流從零輸出到額定值之間的巨大變化特性，常規(guī)的差動(dòng)、過流等現(xiàn)有SVC 保護(hù)，均無法靈敏可靠檢測(cè)到匝間故障的存在，也起不到快速發(fā)現(xiàn)故障以及保護(hù)作用。晶閘管閥控制輸出的電流隨時(shí)在變化，電流中有大量3、5、7 以及11 次諧波存在。目前標(biāo)準(zhǔn)還未提出專門適合相控電抗器匝間短路故障的有效保護(hù)方法[1-3]，而干式空心并抗，業(yè)界研究很多:基于匝間短路過程中出現(xiàn)電氣特性顯著變化的“三階段特性”綜合保護(hù)[4]、相電壓及電流相位角偏移變化[5-6]、有功功率或等值電阻變化[7-9]、外部測(cè)溫或熱成像技術(shù)[10-11]、外部測(cè)量電抗器漏磁通或阻抗變化[12-19]。文獻(xiàn)[20-21]提出了基于非特征3 次諧波的晶閘管控制電抗器保護(hù)方法，其主要針對(duì)引線短路、兩相接地短路以及整個(gè)電抗器表面閃絡(luò)故障進(jìn)行保護(hù)，未對(duì)匝間短路故障進(jìn)行針對(duì)性專門深入研究。

本文根據(jù)文獻(xiàn)[4]研究中揭示的有關(guān)匝間短路故障基本特性，結(jié)合靜補(bǔ)系統(tǒng)相控電抗器的相位角控制特性和接線特點(diǎn)，提出了基于3 次諧波電流監(jiān)測(cè)的相控電抗器匝間故障識(shí)別方法，監(jiān)測(cè)角內(nèi)3 次諧波電流對(duì)稱性平衡被破壞，角外出現(xiàn)了顯著或異常大的3 次諧波電流，同時(shí)5、7 次濾波器顯著放大3 次諧波的特征量，也可利用相控電抗器匝間故障后出現(xiàn)的母線接地信號(hào)作為輔助識(shí)別及加速判別信號(hào)，實(shí)現(xiàn)相控電抗器匝間故障的靈敏、快速及可靠識(shí)別，故障初期就能準(zhǔn)確識(shí)別進(jìn)行保護(hù)并切斷電源，阻止TCR 起火燃燒，防止產(chǎn)生的炭黑及鋁金屬離子漂浮污染周邊電氣設(shè)備絕緣子，導(dǎo)致發(fā)生諸如母線相間、三相短路等次生故障及嚴(yán)重的事故擴(kuò)大；也可防止5、7 次濾波器顯著放大流出角外的3 次諧波電流后造成對(duì)濾波電容器設(shè)備的損壞。

1 相控電抗器匝間短路及其表現(xiàn)特性分析

1.1 相控電抗器正常運(yùn)行特性簡(jiǎn)述

圖1 為典型靜補(bǔ)系統(tǒng)接線原理圖[22-23]，相控電抗器通常采用干式空心電抗器，三角形接線形式，每邊相由晶閘管閥組及兩側(cè)各電感線圈組成，在運(yùn)行電壓之下，3 個(gè)邊相獨(dú)立觸發(fā)控制，角內(nèi)電流受相位角觸發(fā)控制為間斷的電流波形。

圖1 典型靜態(tài)無功補(bǔ)償系統(tǒng)接線原理圖Fig.1 Schematic wiring diagram of typical static var compensators（SVC）system

相控電抗器正常運(yùn)行時(shí)線圈及閥組電流波形為間斷、非連續(xù)的正弦波，含有1 次基波以及3、5、7、11、13 次等諧波電流。各次特征諧波電流與基波電流的占比與觸發(fā)角度的關(guān)系見圖2，其中3、9 次諧波電流各邊相大小相等、方向相同，只在三角內(nèi)循環(huán)流通，其他5、7、11、13 次等諧波電流要流出角外，并由SVC 系統(tǒng)母線設(shè)置的5、7 及11 次濾波器濾除。

圖2 相控電抗器正常運(yùn)行期間的諧波電流與基波電流占比與觸發(fā)角度關(guān)系曲線圖Fig.2 Curve diagram of proportion of harmonic current and fundamental current and triggering angle during normal operation period of TCR

以35 kV 100 Mvar 相控電抗器組正常運(yùn)行為例，基波電流、諧波電流的大小與觸發(fā)角度關(guān)系見表1。

表1 35 kV 100 Mvar相控電抗器組正常運(yùn)行期間基波電流、主要諧波電流大小與觸發(fā)角度關(guān)系表Table 1 Relation table between fundamental current，main harmonic current and triggering angle during normal operation period of 35 kV 100 Mvar TCR A

特別地，其中的3 次諧波電流在額定觸發(fā)角度105°下（100% 額定輸出），與觸發(fā)角度135°下約（25% 額定輸出）區(qū)段內(nèi)的比例關(guān)系，從圖2 及表1可以看出在此區(qū)段內(nèi)3 次諧波電流相對(duì)穩(wěn)定，其最大值為190 A，最小值為137 A。

1.2 相控電抗器故障狀態(tài)特性分析

1.2.1 相控電抗器匝間短路故障動(dòng)態(tài)仿真模型

相控電抗器匝間短路特性動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算模型見圖3。從圖3 可以看出當(dāng)某一邊相的1 節(jié)電抗器發(fā)生了匝間短路故障，并且故障概率主要考慮發(fā)生在觸發(fā)角度在105°～135°之間（即基波輸出容量在100%～25%）時(shí)發(fā)生。大型線圈的匝間短路必然是一個(gè)快速發(fā)展的動(dòng)態(tài)過程，其等值電感會(huì)隨著故障匝的擴(kuò)大而顯著減小，等值電阻也會(huì)發(fā)生顯著增大[4]，其等值電感以及等值電阻分別為動(dòng)態(tài)故障發(fā)展匝數(shù)n的變量。

圖3 相控電抗器匝間短路特性動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算模型Fig.3 Dynamic simulation calculation model for inter-turn short circuit for TCR reactors

相控電抗器的額定基波容量數(shù)倍于同電壓等級(jí)的空心并抗，根據(jù)文獻(xiàn)[4]研究結(jié)論，故障后其等值電感損失以及有功損耗特性要比并抗更加顯著。

要模擬計(jì)算三相組相控電抗器匝間短路發(fā)展過程動(dòng)態(tài)特性可采用如圖3 所示模型（圖中假定邊相CA 地靠近A 相的一節(jié)電抗器發(fā)生了匝間短路）。

圖3 中：Ua、Ub、Uc為母線三相電壓；Iab、Ibc、Ica為角內(nèi)電流；Ia、Ib、Ic為角外電流；1/2R為非故障節(jié)固定等值電阻，1/2Rca(n)為故障節(jié)線圈等值可變電阻；1/2L為非故障節(jié)固定電感，為故障節(jié)線圈等值可變電感。n為故障匝數(shù)。

據(jù)此模型可以進(jìn)行相控電抗器晶閘管觸發(fā)角受控條件下的匝間故障動(dòng)態(tài)發(fā)展擴(kuò)大過程及其特性的模擬仿真以及等值計(jì)算。具體可模擬故障初期（5～7 匝）、中期（10～15 匝）及后期（20～30 匝）規(guī)模的發(fā)展故障。

1.2.2 故障狀態(tài)下角內(nèi)及角外3 次諧波電流的變化特性及其監(jiān)測(cè)匝間短路故障方法

由圖3 可推出在確定觸發(fā)角度的情況下，角內(nèi)3 次諧波電流的大小隨實(shí)時(shí)等效電感值變化的表達(dá)式如式（1）所示。

式中：Ie為角內(nèi)額定觸發(fā)角度下基波額定電流；k為對(duì)應(yīng)確定觸發(fā)角度下3 次諧波電流與基波電流比例系數(shù)；L為相控電抗器額定電感值為故障節(jié)電抗器故障實(shí)時(shí)可變電感值。

從公式（1）可以得出，在確定觸發(fā)角度下（105°～135°之間），當(dāng)故障相的某節(jié)電抗器的電抗值因?yàn)樵验g短路而持續(xù)減少時(shí)，故障相的3 次諧波電流會(huì)有相應(yīng)的持續(xù)比例增大，其比例見表2。

正常情況下觸發(fā)角度為105°～135°之間觸發(fā)時(shí)，3 次諧波電流的百分比在15%～21%之間，數(shù)值大小顯著且穩(wěn)定，匝間短路故障后，某一節(jié)的等值電感會(huì)發(fā)生0～100%的變化，而故障相整體的等值電感會(huì)有0～50%的變化。根據(jù)公式（1），相應(yīng)故障相的3 次諧波電流會(huì)有0～100% 的增加，這比文獻(xiàn)[21]給出的0～11.27%大很多，而實(shí)際的故障錄波數(shù)據(jù)證實(shí)匝間故障后期電感損失嚴(yán)重時(shí)，3 次諧波可增大到100%。因此，3 次諧波電流成為了一種天然的理想監(jiān)測(cè)對(duì)象，三角形接線的相控電抗器組，匝間故障相的3 次諧波電流大小會(huì)隨著故障匝數(shù)的發(fā)展按比例增大，且增大比例很顯著，其他兩邊相則大小基本維持不變?？梢岳萌嘀械? 次諧波電流大小出現(xiàn)明顯或顯著的不一致特性，監(jiān)測(cè)角內(nèi)匝間短路故障。相控電抗器某一節(jié)電抗器發(fā)生匝間短路期間的電感損失與3 次諧波電流值增大比例關(guān)系見表2。

表2 相控電抗器某一節(jié)電抗器發(fā)生匝間短路期間的電感損失與3次諧波電流值增大比例關(guān)系表Table 2 Increase proportion table of inductance loss and 3rd harmonic current in the inter-turn short circuit of one section of reactor of TCR reactor

此外，由于故障相的3 次諧波增大破壞了三相之間的平衡關(guān)系，角外必然會(huì)出現(xiàn)3 次電流，其大小也隨故障匝的擴(kuò)大按比例顯著增大。

在系統(tǒng)電壓對(duì)稱條件下，角外3 次諧波電流的出現(xiàn)與發(fā)生了匝間短路有直接的關(guān)系，可用于匝間短路的間接監(jiān)測(cè)。

為靈敏可靠監(jiān)測(cè)相控電抗器的匝間短路故障，按照可靠監(jiān)測(cè)5～30 匝間短路為目標(biāo)進(jìn)行，該節(jié)的等值電感變化大致在15%～100% 之間，3 次諧波電流的增大在8%～100% 之間，故障相相關(guān)的角內(nèi)、外電流中的基波及3 次諧波電流大小以及增加值可按式（1）并查表2 進(jìn)行計(jì)算。本文僅考慮觸發(fā)角度在105°～135°之間發(fā)生匝間短路故障。

表2 顯示了角內(nèi)、外3 次諧波電流大小只與匝間短路電感損失比例有關(guān)，對(duì)觸發(fā)角度的變化不敏感。

按照故障相某一節(jié)電感損失20%及以上（故障匝約5～7 匝），諧波電流增大了約11.1% 額定運(yùn)行工況水平時(shí)，能夠靈敏且可靠監(jiān)測(cè)，表1 在105°時(shí)3 次諧波電流最小為136 A，則3 次諧波電流增大值為136×0.111=15 A。

3 次諧波流出角外后在特定兩相出現(xiàn)，其規(guī)律為：若AB 相故障，則角外A 相和B 相出現(xiàn)；若BC相故障，則角外B 相和C 相出現(xiàn)；若CA 相故障，則角外C 相和A 相出現(xiàn)。并且大小基本相等，理論上另外一相不會(huì)有3 次諧波出現(xiàn)（實(shí)際上當(dāng)3 次諧波電流較大時(shí)，會(huì)影響系統(tǒng)三相電壓對(duì)稱性，非相關(guān)相也會(huì)出現(xiàn)一定的3 次諧波電流）。

對(duì)于35 kV 100 Mvar 相控電抗器組為算例，角外3 次諧波監(jiān)測(cè)可以按照角外三相總的3 次諧波電流增大30 A 整定為監(jiān)測(cè)匝間短路的定值，其大小約為角內(nèi)額定基波電流Ie的3%，可以按照式（2）設(shè)置監(jiān)測(cè)定值：

式中，RH3為3 次諧波的增加值。

對(duì)于角內(nèi)3 次諧波監(jiān)測(cè)保護(hù)整定值可以按照故障相3 次諧波電流大于等于非故障相3 次諧波電流平均值的11.1%（對(duì)應(yīng)電感損失20%）水平進(jìn)行設(shè)定，其差值約為15 A，約為角內(nèi)額定基波電流Ie的1.6%，公式為

按照式（3）-（5）計(jì)算，其中有兩個(gè)同時(shí)大于整定值啟動(dòng)告警或跳閘。

1.2.3 相控電抗器故障后3 次諧波電流放大問題及其監(jiān)測(cè)方法

如圖1 所示，SVC 系統(tǒng)母線通常設(shè)置5、7 或11次濾波電容器組。當(dāng)相控電抗器發(fā)生匝間短路故障后，角外會(huì)流出大小非?？捎^的3 次諧波電流，由于5、7 次或11 次濾波器在3 次諧波頻率下呈現(xiàn)出容性阻抗，而變壓器的短路阻抗連同電源的等值阻抗在3 次諧波頻率下呈現(xiàn)出感性阻抗特性，并且由于容量配置的比例關(guān)系，此感性與容性阻抗的比值關(guān)系一般會(huì)在1～0.1 之間。因此，理論上及實(shí)際情況下都會(huì)有3 次諧波放大現(xiàn)象，并且隨著此感性與容性阻抗的比值接近時(shí)則會(huì)出現(xiàn)劇烈放大。故障案例證明了此種諧波放大，為防止3 次諧波劇烈放大后造成對(duì)濾波電容器組的損壞，提出需要監(jiān)測(cè)SVC 母線系統(tǒng)流入到變壓器總回路的3 次諧波大小，并與相控電抗器角外3 次諧波電流進(jìn)行比較，既作為匝間短路故障的監(jiān)測(cè)，也作為諧波放大的監(jiān)測(cè)。

根據(jù)本文1.2.2 節(jié)角外三相總的3 次諧波電流增大監(jiān)測(cè)保護(hù)定值按照額定基波電流的3%原則，SVC 母線系統(tǒng)流入到變壓器總回路的3 次諧波大小可按照顯著放大25%～33%考慮，監(jiān)測(cè)保護(hù)定值可以按照相控電抗器角內(nèi)額定基波電流的3.75%～4%水平確定。

1.2.4 相控電抗器匝間短路長(zhǎng)期存在導(dǎo)致的絕緣子閃絡(luò)并引發(fā)嚴(yán)重次生相間短路故障及事故擴(kuò)大問題

相控電抗器一旦線圈發(fā)生了長(zhǎng)時(shí)間的（本文分析研究的案例故障時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1 min 之久）匝間短路，線圈底部的支持絕緣子會(huì)首先發(fā)生閃絡(luò)并出現(xiàn)接地故障，匝間巨大的短路環(huán)流導(dǎo)致導(dǎo)體高溫熔化，以及電動(dòng)力導(dǎo)致的導(dǎo)體拉斷崩裂，短路處出現(xiàn)電弧放電及絕緣材料起火燃燒，產(chǎn)生大量金屬及炭黑離子并污染周邊其他設(shè)備的外絕緣表面，由此導(dǎo)致多點(diǎn)同時(shí)接地并引發(fā)母線以及引線相間短路，變壓器的低壓側(cè)出口直接短路，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行危害很大，因此，要防止出現(xiàn)這種嚴(yán)重的次生故障和事故擴(kuò)大。

匝間故障期間33 kV 180 Mvar 相控電抗器組三相電壓錄波圖見圖4。圖4 清楚地反映了BC 相TCR 匝間短路故障期間由于BC 相底部絕緣子閃絡(luò)發(fā)生了單相電壓接地故障。

圖4 匝間故障期間33 kV 180 Mvar相控電抗器組三相電壓錄波圖Fig.4 Three phase voltage recording diagram of 33 kV 180 Mvar TCR reactor during the inter-turn fault period

圖4 中通道波形從上到下分別是33 kV 母線電壓Ua、Ub、Uc相電壓波形，其中的Ub相對(duì)地電壓在錄波0 時(shí)刻之前處于接地狀態(tài)。本分析研究案例的故障錄波啟動(dòng)是因?yàn)槟妇€發(fā)生多點(diǎn)接地引發(fā)了相間短路，其他保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)了錄波。

圖5 為33 kV 180 Mvar 相控電抗器匝間故障期間變壓器低壓側(cè)電流錄波圖，記錄了變壓器低壓側(cè)發(fā)生了三相短路，故障由其他保護(hù)發(fā)現(xiàn)并切除。

圖5 33 kV 180 Mvar相控電抗器匝間故障期間變壓器低壓側(cè)電流錄波圖Fig.5 Current recording diagram of low voltage side of transformer of 33 kV 180 Mvar TCR during the inter-turn short circuit period

圖5 中通道從上到下分別為變壓器33 kV 低壓側(cè)Ia、Ib、Ic相電流波形，0 時(shí)刻之前約3 個(gè)周波時(shí)間里發(fā)生了相間短路（屬于次生故障和事故擴(kuò)大）。

2 相控電抗器匝間短路案例及其特性分析

2.1 相控電抗器故障案例簡(jiǎn)述

本文研究的故障案例為2020 年初發(fā)生在一座400 kV 變電站，其中的33 kV、180 Mvar 相控電抗器發(fā)生了匝間短路故障并引發(fā)了著火以及其他嚴(yán)重次生故障事件，筆者根據(jù)案例所提供的故障錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以及計(jì)算研究，證實(shí)了TCR 匝間故障后，角內(nèi)、角外出現(xiàn)了3 次諧波電流的異常增大；同時(shí)SVC 系統(tǒng)的5、7 次濾波器對(duì)流出角外的3 次諧波電流進(jìn)行了非常顯著的放大。

本文的研究重點(diǎn)為3 次諧波變化特性，實(shí)際上TCR 發(fā)生匝間短路故障后角內(nèi)的有功損耗與無功功率的比率百分比也會(huì)劇烈變化，可以作為輔助或獨(dú)立的故障識(shí)別特征量，限于篇幅本文不展開論述。

2.2 相控電抗器故障案例3次諧波特性分析

2.2.1 角內(nèi)3 次諧波電流變化

根據(jù)記錄的角內(nèi)電流波形圖進(jìn)行了3 次諧波電流的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，表3 為33 kV、180 Mvar 的三相組TCR 故障運(yùn)行期間角內(nèi)3 次諧波電流的統(tǒng)計(jì)分析表。表4 為33 kV、180 Mvar 的三相組TCR 正常運(yùn)行期間角內(nèi)3 次諧波電流的統(tǒng)計(jì)分析表。

表3 33 kV 180 Mvar相控電抗器組匝間故障期間3次諧波電流（rms）統(tǒng)計(jì)表（角內(nèi)）Table 3 Statistical table of 3rd harmonic current（rms）of 33 kV 180 Mvar TCR reactor bank during the interturn fault period（inside triangle）

表4 33 kV 180 Mvar相控電抗器組正常運(yùn)行期間3次諧波電流（rms）統(tǒng)計(jì)表（角內(nèi)）Table 4 Statistical table of 3rd harmonic current（rms）of 33 kV 180 Mvar TCR reactor bank during normal operation period（inside triangle）

表3 中故障BC 相3 次諧波電流為505.8 A，非故障CA 相為250.7 A，AB 相為215.8 A，故障相增大約100%；非故障相3 次諧波電流基本一致，出現(xiàn)的偏差是由于受到3 次諧波電流對(duì)于系統(tǒng)電壓的影響，導(dǎo)致三相電壓出現(xiàn)偏差所致。

表3 中角內(nèi)3 次諧波電流在三相之間出現(xiàn)了遠(yuǎn)大于11%（對(duì)應(yīng)電感損失20%）的偏移，匝間故障發(fā)展到了后期，據(jù)公式（1）反推計(jì)算可知故障1 節(jié)電抗器的電感已經(jīng)全部損失。

2.2.2 角外3 次諧波電流變化統(tǒng)計(jì)

根據(jù)記錄的角外以及總回路電流波形圖進(jìn)行了3 次諧波電流的計(jì)算統(tǒng)計(jì)，見表5。

表5 33 kV 180 Mvar相控電抗器組匝間故障期間3次諧波電流（rms）統(tǒng)計(jì)表（角外）Table 5 Statistical table of 3rd harmonic current（rms）of 33 kV 180 Mvar TCR reactor bank during inter-turn fault operation（outside triangle）

故障錄波分析統(tǒng)計(jì)顯示，角外以及總回路電流中，與角內(nèi)故障BC 相關(guān)的B 相、C 相出現(xiàn)了3 次諧波電流的劇烈增大，表明出現(xiàn)了十幾匝到幾十匝的BC 相TCR 匝間短路故障。

TCR 角外3 次諧波電流由并聯(lián)的5、7 次濾波電容器組放大后，流入到了變壓器低壓側(cè)的總回路電流中，統(tǒng)計(jì)顯示B、C 兩相總回路電流中的3 次諧波電流值遠(yuǎn)大于角外3 次諧波電流值，5、7 次濾波電容器組對(duì)3 次諧波造成了接近100%比例的嚴(yán)重放大，造成了5、7 次電容器的嚴(yán)重諧波過載。

3 SVC系統(tǒng)外部短路故障造成三相電壓不對(duì)稱后3次諧波特性分析

SVC 系統(tǒng)外部短路故障后，例如圖1 中變壓器高壓側(cè)出現(xiàn)單相及相間短路，變壓器低壓側(cè)SVC 母線的三相電壓必然會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重不對(duì)稱，角內(nèi)及角外的3 次諧波電流也會(huì)隨之出現(xiàn)嚴(yán)重異常。公式（1）中Ie為相控電抗器在額定電壓及額定觸發(fā)角度下的基波額定電流，當(dāng)三角形接線的3 邊相電壓Uab、Ubc、Uca中某邊相因?yàn)楦邏簜?cè)電壓降低而降低時(shí)，實(shí)際作為計(jì)算基礎(chǔ)的角內(nèi)基波電流額定值Ie也按比例降低。因此，基于公式（1）的3 次諧波電流會(huì)按比例降低，相控電抗器角內(nèi)3 次諧波電流的對(duì)稱性被破壞，角外會(huì)出現(xiàn)3 次諧波電流，因此公式（2）-（4）會(huì)滿足整定條件而誤判，實(shí)際上匝間短路后角內(nèi)故障相的3 次諧波電流一定是增大的，這個(gè)與電壓降低導(dǎo)致的3 次諧波電流減少有實(shí)質(zhì)性的差別，無論3 次諧波增大或減少，角外都會(huì)出現(xiàn)3 次諧波電流的增大。因此，為防止外部短路故障后SVC 母線三相電壓出現(xiàn)嚴(yán)重不對(duì)稱后3 次諧波電流異常引發(fā)監(jiān)測(cè)保護(hù)誤動(dòng)，需要檢測(cè)母線電壓的對(duì)稱性，一旦出現(xiàn)外部不對(duì)稱短路故障后，變壓器低壓母線一定會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電壓，因此必須采取諸如負(fù)序電壓閉鎖保護(hù)出口的措施，防止出現(xiàn)誤判及誤動(dòng)。

4 結(jié)語

本文通過研究一起33 kV 180 Mvar 相控電抗器匝間故障案例錄波數(shù)據(jù)，分析了三角形接線以及受控觸發(fā)的相控電抗器在發(fā)生了匝間短路故障后3 次諧波電流在角內(nèi)、角外的變化規(guī)律，并根據(jù)空心電抗器匝間短路后固有的電氣特性變化規(guī)律，結(jié)合相控電抗器的接線和運(yùn)行特點(diǎn)，提出了監(jiān)測(cè)角內(nèi)、角外3 次諧波電流顯著增大；監(jiān)測(cè)5、7 次濾波電容器對(duì)角外3 次諧波電流的嚴(yán)重放大的方法。據(jù)此獨(dú)特的方法，可以對(duì)相控電抗器的匝間短路進(jìn)行靈敏、可靠的故障監(jiān)測(cè)，以及實(shí)現(xiàn)快速的故障保護(hù)。同時(shí)也可以利用故障相有功損耗顯著增大的特征，通過監(jiān)測(cè)各邊相功率因數(shù)異常進(jìn)行多元故障識(shí)別，實(shí)現(xiàn)多特征量、多元綜合判斷及保護(hù)。

1）本文論述的方法能在故障初期、中期以及后期進(jìn)行有效靈敏監(jiān)測(cè)匝間短路，對(duì)故障電抗器進(jìn)行可靠保護(hù)，避免電抗器起火自燃以及引燃其他邊相電抗器，而監(jiān)測(cè)角外3 次諧波電流顯著增大以及被5、7 次濾波電容器放大，不僅直接可以監(jiān)測(cè)電抗器匝間短路故障，也可以間接監(jiān)測(cè)并防止濾波器由于3 次諧波過載而損壞。

2）由于相控電抗器比一般并抗容量大得多且復(fù)雜，角形三相的邊相配置兩個(gè)電抗器，加之連接母線以及連接回路復(fù)雜，匝間短路發(fā)展以及引發(fā)次生故障的情況更加復(fù)雜，還需要收集大量故障案例進(jìn)行故障特性以及故障規(guī)律方面的分析及總結(jié)。

3）為防止外部短路故障后SVC 母線三相電壓出現(xiàn)嚴(yán)重不對(duì)稱后3 次諧波電流異常引發(fā)監(jiān)測(cè)保護(hù)誤動(dòng)，需要采取諸如負(fù)序電壓等閉鎖保護(hù)出口的措施。