500KV并聯電抗器匝間保護誤動原因分析及對策

文戰友

(許昌龍崗發電有限責任公司，河南 禹州 461690)

0 引言

在超高壓輸電線路網絡的末端，為了改善電力系統的無功功率分布狀態，防止發電機帶長線路可能出現的自勵磁諧振現象，一般在變電站母線上裝設并聯電抗器。電抗器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，嚴重時甚至造成斷路器爆炸，影響電網電壓質量和電網安全運行。因此抑制電抗器操作時的勵磁涌流和保護控制裝置的穩定可靠性，就成為我們設備維護者日常必須學習、探討的內容。

1 保護動作及配置情況

1.1 保護動作情況

某500KV變電站為3/2接線方式，兩臺發電機通過主變升壓后單元接入，有兩條線路與對側500kV變電站連接，全站設一組三相獨立式電抗器，電抗器通過5011DK開關投切于I母。

圖1 500KV升壓站接線圖

2011年10月16日18:59分，500kV電抗器檢修工作結束投入系統充電，電抗器保護AB柜內WKB－801A裝置均匝間保護動作，電抗器開關5111DK合閘后即跳閘。WKB－801A裝置匝間保護動作報告: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到動作值。WKB－801A保護屬正確動作。

1.2 保護配置情況

1.2.1 500kV電抗器配置兩套電抗器電氣量保護，兩套保護實現雙重化。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。

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

1.3 電抗器匝間保護原理

分相式電抗器由于其結構的特性，其故障形式主要為單相接地和匝間短路，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，很難被分相式縱向差動保護裝置檢測出。許繼WKB801A微機電抗器零序功率方向匝間保護原理如下。

1.3.1 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。規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 內部短路

電抗器匝間短路時，零序源在電抗器內部，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 斷路器控制器F236介紹

2.1 功能原理簡介

5011DK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5011DK斷路器測控裝置，經判別分合閘條件滿足后傳輸指令進入斷路器控制器F236裝置，F236根據采集到的系統電壓進行內部計算，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。

F236根據設定模式進行工作，自適應模式時它記錄每相開關執行結果，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，使斷路器各相在預期相位下進行操作。F236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。

2.2 裝置斷路器參數定值整定

2.2.1 確定斷路器分相操作或是三相聯動

2.2.2 斷路器電壓等級及斷路器結構特點

2.2.3 實測斷路器分合閘時間

2.3 裝置負載形式、投切方式整定

2.3.1 負載為電抗器或電容器，其接線方式

2.3.2 F236控制負載合閘、分閘或分合閘

2.3.3 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斷路器控制器F236整定方案。

3 存在問題原因分析及對策

保護動作后，立即組織人員對一次設備及相關記錄數據進行分析，檢查電抗器外觀及絕緣測試未發現異常。通過查看錄波文件，在開關合閘瞬間，電抗器C相電流畸變，出現很大的零序電流和零序電壓。

3.1 原因分析

3.1.1 從動作時錄波圖(圖3)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。AB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。

3.1.2 圖3中AB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|。

圖3 電抗器投入匝間保護動作時錄波圖

3.1.3 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，也不存在問題。

3.1.4 為排除電抗器內部存在輕微匝間短路的可能，19日取變壓器油樣進行油色譜化驗，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。

3.1.5 對圖3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F236定值與現場電抗器接線實際對照，發現F236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。而本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。

3.2 解決對策

原因分析方向找到后，立即聯系F236廠家技術人員進行咨詢，實測斷路器三相分、合閘時間，結合保護動作時的錄波數據，按照F236技術說明書確定定值整定方案(表1)。定值修改后，申請調度再次投入電抗器，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為A－C－B，AB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 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不斷研究新原理，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。希望通過本文的分析，能起到借鑒作用，以期提高涉網設備安全。

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

［2］WKB－801A微機并聯電抗器保護裝置技術說明書2007版