特高壓直流換流變壓器勵(lì)磁涌流引起保護(hù)動(dòng)作分析

陸 銳，朱志海，徐 晟，何海歡

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州510663）

0 引 言

特高壓直流輸電工程兩端換流站均為雙極配置，每極采用雙12脈動(dòng)閥組串聯(lián)結(jié)構(gòu)。雙12脈動(dòng)串聯(lián)閥組同時(shí)解鎖是實(shí)現(xiàn)800 k V額定直流電壓運(yùn)行的直接方式，而換流變壓器的可靠性及可用性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很關(guān)鍵的［1］。而對(duì)于每個(gè)12脈動(dòng)換流閥組，換流變壓器網(wǎng)側(cè)套管在網(wǎng)側(cè)接成Yn接線與交流系統(tǒng)直接相連，閥側(cè)套管在閥側(cè)按順序完成Y、Δ連接后與12脈動(dòng)換流閥組相連，換流變壓器三相接線組別采用YNy0及YNd11接線。

由于換流變壓器的運(yùn)行與換流變的換相所造成的非線性密切相關(guān)，所以換流變壓器在漏抗、絕緣、諧波、直流偏磁、有載調(diào)壓和試驗(yàn)等方面與普通變壓器有著不同的特點(diǎn)［1］。但在換流變的保護(hù)配置方面，換流變壓器與傳統(tǒng)變壓器類似，也需要考慮換流變空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流問(wèn)題，只是其勵(lì)磁涌流是兩臺(tái)變壓器的。對(duì)于變壓器勵(lì)磁涌流特征的判別，主要有間斷角特征識(shí)別［2］、二次諧波識(shí)別［3］、波形相關(guān)度識(shí)別法［4，5］等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。由于二次諧波識(shí)別法在數(shù)字式保護(hù)中簡(jiǎn)單易行，且有比較成熟的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，故目前國(guó)內(nèi)外的微機(jī)變壓器保護(hù)中仍廣泛采用二次諧波制動(dòng)方法［6］。換流變大差保護(hù)和換流變差動(dòng)保護(hù)采用二次諧波識(shí)別法。

1 換流變勵(lì)磁涌流識(shí)別邏輯

換流變壓器及引線差動(dòng)保護(hù)能反映換流變壓器內(nèi)部相間短路故障、網(wǎng)側(cè)單相接地短路及匝間層間短路故障，既要考慮勵(lì)磁涌流和過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行工況，同時(shí)也要考慮TA異常、TA飽和、TA暫態(tài)特性不一致情況。由于換流變壓器聯(lián)結(jié)組不同和各側(cè)TA變比不同，換流變壓器各側(cè)電流幅值、相位也不同，差動(dòng)保護(hù)需要消除這些影響。現(xiàn)有保護(hù)裝置都利用數(shù)字的方法對(duì)變比和相位進(jìn)行補(bǔ)償來(lái)消除換流變壓器各側(cè)電流幅值相位差異。

換流變大差保護(hù)一般采用四側(cè)差動(dòng)，采用的電流分別為換流變壓器各側(cè)電流互感器二次側(cè)的電流，保護(hù)的范圍包括引線和兩臺(tái)換流變區(qū)域，其連線方式如圖1所示。

換流變壓器空投時(shí)，三相勵(lì)磁涌流中往往有一相含有大量二次諧波，現(xiàn)場(chǎng)裝置多采用差動(dòng)電流中的二次諧波含量來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流。判別方法為

圖1 換流變及引線保護(hù)配置圖

式中，Iop.2為差流中的二次諧波；Iop.1為差流中的基波；K2為二次諧波系數(shù)。滿足條件后，采用“或”閉鎖方式，即一相閉鎖三相。換流變大差保護(hù)邏輯如圖2所示。

圖2 大差保護(hù)邏輯圖

2 換流變及引線差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

某換流站極2低端閥組由備用狀態(tài)轉(zhuǎn)為閉鎖狀態(tài)，合上閥組對(duì)應(yīng)的邊開關(guān)5021后，SER發(fā)極2低端2套換流變保護(hù)系統(tǒng)的換流變及引線差動(dòng)保護(hù)（87TC）外部保護(hù)跳閘，極2低端換流變開關(guān)5021斷路器保護(hù)跳閘，5021開關(guān)三相跳開。TFR錄波極2低端6臺(tái)換流變的網(wǎng)側(cè)電流如圖3所示，從上至下依次為YYA、YYB、YYC、YDA、YDB、YDC相的電流波形。

從上圖中可以看出，換流變壓器22T21的涌流中，C相最大，A相次之，B相幾乎沒(méi)有涌流；A、C兩相涌流都是比較標(biāo)準(zhǔn)的涌流波形，且都位于時(shí)間軸的一側(cè)；換流變壓器22T22的涌流中，A、B兩相涌流相當(dāng)，C相涌流較大且都是比較標(biāo)準(zhǔn)的涌流波形，都位于時(shí)間軸的一側(cè)。由于故障錄波裝置沒(méi)有對(duì)20B01.A（即5021開關(guān)）旁的電流互感器T1進(jìn)行錄波，對(duì)極2低端換流變壓器（Y／Y和Y／△）網(wǎng)側(cè)的兩組電流互感器進(jìn)行電流合成，作為串中電流互感器的波形如圖4所示。

從合成的三相電流可以看到，C相電流已經(jīng)超過(guò)保護(hù)動(dòng)作值，且C相關(guān)于時(shí)間軸的對(duì)稱性最好。對(duì)上面星星接、星角接換流變壓器的各相電流波形進(jìn)行分析，相應(yīng)基波電流與二次諧波含量統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 合閘后諧波含量

圖4 換流變充電電流波形

大差定值中的電流值都是以星變的二次額定電流Ie為基準(zhǔn)的標(biāo)么值。其中Ie是用系統(tǒng)參數(shù)中的“星變銘牌最大容量與其”和“星變網(wǎng)側(cè)一次電壓”及“引線一TA變比”按如下公式計(jì)算：

計(jì)算出的大差TA1側(cè)二次額定電流，且二次諧波含量默認(rèn)為0.15。通過(guò)定值Sn=719.4 MVA、Un=564 k A、nTA=4 000，計(jì)算得Ie=0.1841，0.2Ie=0.2×0.1841=0.03682，換算到一次的電流為147.28 A。

對(duì)于換流變差動(dòng)保護(hù)，通過(guò)計(jì)算換流變網(wǎng)側(cè)、閥星側(cè)和閥角側(cè)電流變化量的相量和，當(dāng)差動(dòng)量達(dá)到整定值時(shí)出口動(dòng)作。上表中星星接、星角接換流變壓器的各相及A、B相大差差流二次諧波含量均超過(guò)定值15%，但A、B相的電流均小于保護(hù)動(dòng)作值0.2Ie，不滿足差動(dòng)保護(hù)判據(jù)的動(dòng)作方程，A、B相無(wú)諧波制動(dòng)。但C相電流的二次諧波含量低于定值15%，且電流值大于0.2Ie，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作條件滿足，因此在5021斷路器合閘過(guò)程中換流變大差保護(hù)跳閘出口。

3 換流變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別邏輯改進(jìn)

通過(guò)上表統(tǒng)計(jì)得知，斷路器合閘后C相大差電流中二次諧波含量已低于定值15%，但C相星角變、星星變的二次諧波含量較大，當(dāng)基波電流達(dá)到保護(hù)元件動(dòng)作值時(shí)，大差保護(hù)邏輯中的二次諧波識(shí)別邏輯只對(duì)大差差流進(jìn)行了判斷。由于換流變大差保護(hù)中的勵(lì)磁涌流出現(xiàn)對(duì)稱性涌流，造成大差差流二次諧波低于定值，導(dǎo)致大差保護(hù)動(dòng)作。對(duì)此，考慮換流變壓器星星變、與星角變同時(shí)充電的情況，可以分相將星星變、星角變和大差差流二次諧波判別結(jié)果“或”門邏輯引入換流變大差保護(hù)的二次諧波判別中，優(yōu)化的勵(lì)磁涌流識(shí)別邏輯圖如圖5所示。

圖5 優(yōu)化的勵(lì)磁涌流識(shí)別邏輯圖

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)換流變壓器大差保護(hù)配置及原理的介紹，分析實(shí)際工程中對(duì)換流變壓器充電時(shí)勵(lì)磁涌流識(shí)別邏輯的缺陷導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作問(wèn)題，通過(guò)將換流變每相星星變、星角變二次諧波判斷邏輯加入勵(lì)磁涌流識(shí)別判據(jù)，優(yōu)化換流變壓器充電時(shí)勵(lì)磁涌流識(shí)別方式，通過(guò)工程實(shí)踐驗(yàn)證了優(yōu)化措施的正確性，可以提高高壓直流系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定水平。

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