直流輸電系統(tǒng)中換流變差動保護TA 斷線判據(jù)的改進

張紅躍 張學(xué)圈 劉 健 熊章學(xué) 王紅青 張 倩 陳 璐

(1.許繼電氣股份有限公司，河南 許昌 461000;2.河南省知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)中心，河南 鄭州 450000;3.華東電力試驗研究院有限公司，上海 200437)

0 前言

電流互感器如果發(fā)生二次回路開路是一種異常且非常危險的運行方式。在這種情況下，一次電流將全部用于激磁，使鐵芯嚴(yán)重飽和。交變的磁通在二次線圈上將感應(yīng)出很高的電壓，其峰值可達幾千伏甚至上萬伏，這么高的電壓作用于二次線圈及二次回路上，將嚴(yán)重威脅人身安全和設(shè)備安全。所以《安規(guī)》規(guī)定，電流互感器在運行中嚴(yán)禁開路。

TA 開路后從保護原理來說，其保護是不應(yīng)該動作的，因為此時系統(tǒng)一次設(shè)備并沒有故障發(fā)生，但是從保障設(shè)備人身安全角度出發(fā)，保護動作跳閘是有利于系統(tǒng)設(shè)備安全的。文獻［1－3］分別對交流系統(tǒng)中各元件的TA 斷線問題進行了分析研究。本文將對直流系統(tǒng)中換流變差動保護的TA 斷線進行分析。

1 TA 斷線閉鎖判據(jù)

TA 異常判據(jù)分為兩種情況，一種為引起差動保護啟動的TA 異常判別，一種為未引起差動保護啟動的TA 異常判別［4］。

引起差動保護啟動的TA 異常判別。當(dāng)三相電流都大于0.2 倍的額定電流時，啟動TA 異常判別程序，滿足下列條件認(rèn)為TA 異常:(1)本側(cè)三相電流中至少一相電流不變;(2)任意一相電流為零;(3)未引起差動保護啟動的TA 異常判別;(4)滿足下列條件認(rèn)為TA 異常，延時10s 發(fā)TA 異常信號;(5)零序電流大于0.1 倍的額定電流;(6)任意一相電流為零。

當(dāng)投入TA 斷線閉鎖差動功能時，TA 斷線后立即閉鎖差動保護，但當(dāng)斷線電流大于1.2Ie 時，認(rèn)為是又發(fā)生了故障，立即開放差動保護。

2 TA 斷線閉鎖判據(jù)失效的幾種情況

在進行換流變保護的RTDS 試驗過程中，發(fā)現(xiàn)在以下幾種情況下，有可能引起TA 斷線閉鎖判據(jù)的失效。

2.1 情況一

直流系統(tǒng)工作在雙極運行方式［5］，每一個極均工作在額定負(fù)荷下，極1 高端星角變網(wǎng)側(cè)TA 斷線，如圖1 所示。

圖1 某直流工程主接線示意圖Fig.1 A HVDC project dc field main connection schematic diagram

在斷線過程中，極2 閉鎖，功率需要從極2 倒到極1 上，極1在TA 斷線情況下過負(fù)荷運行。安裝在極1 高端的換流變保護裝置TA 斷線信號，在倒負(fù)荷的同時，差動保護誤動作。換流變差動保護動作后，讀取保護裝置內(nèi)的故障錄波，如圖2 所示。

圖2 換流變差動保護動作波形Fig.2 Converter transformer differential protection action waveform

根據(jù)故障錄波的數(shù)據(jù)進行分析，保護動作的過程應(yīng)該是這樣的:①在星角變的網(wǎng)側(cè)發(fā)生A 相TA 斷線時，星角變的負(fù)荷電流在額定電流附近(0.192A)，換流變差動保護的差動電流為0.164A，小于1.2Ie(0.23A)，由于有星角變TA 異常閉鎖信號的存在，換流變差動保護未出口。隨著極1 的過負(fù)荷，換流變差動保護的差動電流為0.241A，大于1.2Ie(0.23A)，由圖1 可知，星角變TA 異常閉鎖信號返回，換流變差動保護出口。

從本次保護動作的數(shù)據(jù)分析來看，TA 斷線電流的開放門檻(1.2Ie)是換流變差動保護動作的根本原因。

2.2 情況二

超高壓直流輸電系統(tǒng)中，交流側(cè)通常采用3/2 接線。換流變保護分別對引線一、引線二進行獨立采樣，用來參與引線差動、換流變大差保護的運算。如果其中任一條引線發(fā)生TA 斷線，都能根據(jù)TA 斷線閉鎖判據(jù)進行判別，從而決定是否閉鎖差動保護。

通常換流變保護的引線電流后面還串有其它負(fù)載，如穩(wěn)控裝置設(shè)備。試驗發(fā)現(xiàn)在合流點發(fā)生TA 斷線時，換流變保護不能正確地判別出TA 斷線，如圖3 所示。

圖3 二次接線示意圖Fig.3 The second connection schematic diagram

3/2 接線方式下，TA 二次在合流點后發(fā)生斷線時，在兩組TA 之間會出現(xiàn)二次環(huán)流。由于該環(huán)流的存在，使得TA 斷線閉鎖判據(jù)失效。TA 斷線前后的電流流向如圖4 所示。

圖4 C 相TA 斷線前電流示意圖

圖4 中，黑色箭頭表示正常時的電流流向，紅色箭頭表示TA 二次在合流點后發(fā)生TA 斷線時的電流流向。由圖4 可知，TA 斷線時，換流變保護裝置的TA1、TA2 流過的是大小相等的環(huán)流，由于TA1、TA2 極性相反，因此，TA 斷線時兩組TA二次繞組間流過大小相等、方向相反的電流，對這兩組電流進行求和，和電流為零。

由于單個TA 采樣回路均不滿足無流條件，從而不滿足TA 斷線的判據(jù)b，因此裝置不能判定為TA 斷線，不會發(fā)出TA斷線信號。但由于引線差動、換流變大差保護均采用的是TA1、TA2 的和電流來計算差流，因此，引線差動、換流變大差保護不會誤動作。

3 TA 斷線閉鎖判據(jù)的改進

通常TA 斷線后可以選擇立即閉鎖差動保護，當(dāng)差動電流大于1.2Ie 時，開放差動保護的目的是為了防止斷線后又發(fā)生嚴(yán)重區(qū)內(nèi)故障。

針對2.1 這種情況，可以采用把TA 斷線信號送給極控，讓極控處理成:在TA 斷線情況下，雙極運行不進行兩極間功率的切換，該問題即可得到解決。

針對2.2 這種情況，可以將TA 斷線判據(jù)b 修改為任一相電流突然變小，且其它側(cè)電流無突變。

修改后的TA 斷線判據(jù)實驗結(jié)果優(yōu)良。

4 結(jié)論

綜上所述，交流保護運行于直流環(huán)境下，由于運行工況的改變，原有的判據(jù)會有些不適應(yīng)，需要繼保工作人員稍作修改，使之更加適應(yīng)現(xiàn)有的運行工況。

［1］蔡桂龍，唐云.變壓器差動保護電流互感器二次回路斷線閉鎖分析［J］.繼電器，2001，29(8):62－63，66 Cai GUI，Tang Yun.The transformer differential protection current transformer secondary circuit disconnection analysis two［J］.relay，2001，29(8):62－63，66

［2］文明浩.線路縱差保護CT 二次斷線判據(jù)分析［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2006，34(18):1－3.Wen Minghao.Line differential protection CT two breaking criterion analysis，2006，34(18):1－3

［3］吳國旸，肖遠(yuǎn)清.微機變壓器保護中的CT 異常分析［J］.繼電器，2006，34(17):69－72 Wu Guoyang，Xiao Yuanqing.The microcomputer transformer protection in CT anomaly analysis［J］.relay，2006，34(17):69－72

［4］王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，1996.WANG Wei－jian.electric main equipment relay protection principle and application［M］.Beijing:CChina Electric Power Press，1996.

［5］趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2004.ZHAO Wan－jun.HVDC transmission engineering technology［M］.Beijing:China Electric Power Press，2004.