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电抗器原理之电抗器匝间保护误动探讨

发布时间:2021-3-4

高压断路器在分合过程中可能产生系统不能承受的瞬态过/欠压及过流现象,甚至严重者造成断路器爆炸、影响电网输送电压质量,电抗器投切控制得当与否决定电网安全运行。由此可见电抗器投切过程更需要精准控制分合闸时间消除暂态冲击。近期龙岗升压站并联电抗器充电时因SwitchsyncF236控制器合闸时间不当引起电抗器匝间保护误动,本文就龙岗升压站电抗器合闸波形进行分析。希望对SwitchsyncF236用户起到借鉴作用,以期提高涉网设备安全。


   1 SwitchsyncF236原理

  1.1功能原理简介

  总体而言其功能原理就是SwitchsyncF236保留来自控制系统的操作命令,SwitchsyncF236采集系统电压,其微处理器基准电压(A相)为零时,开启时钟,根据计算三相电流过零点时间依次进行合闸。


   SwitchsyncF236根据设定模式进行工作,自适应模式时他记录每极开关执行结果,由控制器进行自动计算出下一次操作需要调节等待时间,并考虑与预期目标(分合闸时间定值)的偏离值。根据这些因素进行跟踪控制断路器,使断路器各极在预期相位下进行操作。SwitchsyncF236固定模式相对简单,控制器根据输入的分合闸时间定值,在接收到分合闸指令时以固定的时间执行。

  1.2 装置定值整定

  1.2.1 断路器参数

  1)确定断路器分相操作或是三相联动

  2)断路器电压等级及断路器结构特点

  3)实测断路器分合闸时间 


   1.2.2 负载形式、投切方式

  1)负载为电抗器或电容器,其接线方式

  2)SwitchsyncF236控制负载合闸、分闸或分合闸

  3)电抗器电磁联系

  根据断路器参数、投切负载形式、负载接线方式等综合因素进行选择SwitchsyncF236整定方案。


   2 电抗器保护构成及控制方式

  2.1 工程简介

  龙岗升压站采用双母线布局,两回出线、两台660MW机组接入本站,采用3/2接线方式。全站设一组三相独立式电抗器电抗器通过5111DK开关投切于I母。


   2.2 保护配置

  1)500kV电抗器设计两套电抗器主、副电气量保护,两套保护实现双重化配置。第一套保护即A柜装设WFB-802A/F速断过流保护,WKB-801A电抗器差动、电抗器匝间。第二套保护即B柜内设计WFB-802A/F速断过流保护,WKB-801A电抗器差动、电抗器匝间。一套电抗器非电量WKB-802A/R1保护装置装设在A柜。电抗器保护均有许继公司提供。


   2)5111DK断路器保护设计一套南瑞RCS-921A断路器保护及重合闸装置,一套SwitchsyncF236用于分合闸角控制装置。


   2.3 电抗器匝间保护原理

  分相式电抗器当某一相短路匝数很少时,匝间短路引起的三相不平衡电流很小,很难被保护装置检测出,而分相式纵向差动不反应匝间短路故障,许继WKB801A微机电抗器比幅式零序方向原理匝间保护原理如下。

  1)动作方程:|3U0-j3I0XL0|>|3U0+j3I0XS0|

  式中3U0为TV自产零序电压,3I0为电抗器首端TA自产零序电流,XL0为电抗器零序电抗,XS0为系统电抗。


   2)电抗器匝间短路如图1中K1

  电抗器匝间短路时,电抗器向系统送出零序功率,此时匝间保护测量到的零序电压3U0=- j3I0XS0,保护的动作量为|3U0-j3I0XL0|=|-j3I0(XL0+XS0)|,制动量为|3U0+ j3I0XS0)|为零。即使短路匝间很少时,由于电抗器零序电抗XL0很大,而系统零序电抗XS0较小,故保护的动作量远大于制动量,保护可以灵敏动作。


   2.4 断路器控制设计

  5111DK断路器正常操作情况下(远方控制)由值长台NCS监控终端发出分合闸指令至5111DK断路器测控装置,经判别分合闸条件满足后传输指令进入SwitchsyncF236装置,SwitchsyncF236根据采集到系统电压进行适时发出分相操作指令。分相操作指令依次通过断路器操作箱、断路器机构实现分合闸操作。


   3 数据分析

  3.1 波形图采集

  1)电抗器投入系统匝间保护动作波形图。如图2

  2)电抗器正常投入系统波形图。如图3


   3.2 波形分析

  1)图2明显看出断路器合闸三个周波后跳闸,断路器依次合闸顺序为A-B-C。A\B相在电压峰值、电流过零点时合闸,C相在电压上升过程,C相电流不过零点合闸。

  2)图2中A\B相合闸后趋于稳定,C相合闸后电流偏向时间轴一侧,波形中含有大量高次谐波。3I0值一直没有衰减,一直大于动作值。根据当时零序分量值,满足|3U0-j3I0XL0|>|3U0+j3I0XS0|。

  3)图3断路器依次合闸顺序为A-C-B,A\B相电压处于波峰、电流过零点时合闸,C相电压处于波谷,C相电流过零点时合闸。三相合闸延时依次为3.3ms。满足各相电流过零点时合闸。

  4) 图3中A\B\C相电流均未出现畸变。3I0只在三相非全相运行时产生,三相成功合闸后3I0非常小。


   4 问题根源及处理

  4.1 问题查找

  1)电抗器匝间保护动作后对匝间保护动作逻辑及动作值进行分析,保护逻辑正确,保护定值按网调定值单整定。

  2)对电抗器各相绝缘油进行化验,绝缘油总烃含量与上次试验值无差异,排除电抗器内部匝间故障。


     3)对图2断路器合闸时间分析可以看出,C相断路器合闸时间比预期合闸时间滞后3ms左右。电流值不在过零点时合闸引起电抗器充电电流中含有高次谐波。经对SwitchsyncF236定值与现场电抗器接线实际对照,发现SwitchsyncF236分合闸时间定值按三相三柱式有电磁耦合电抗器进行整定。而电抗器为三相独立式、中性点直接接地、三相无磁路联系电抗器。因为有无磁路联系影响其他相合闸的预合闸时间,最终造成后合闸相不在预期点合闸。


     4.2 处理方法

  1)将SwitchsyncF236原自适应模式下存储断路器分合闸时间清空。

  2)实测5111DK断路器分合闸时间值作为SwitchsyncF236定值依据。

  3)查找SwitchsyncF236技术说明书确定整定方案。修改前后定值见表1


     5 总结

     近年投产的高压电网新型设备较多,SwitchsyncF236合闸角控制装置就是其中之一。这类新设备原理新颖、操控时间更精密,控制得当可以提高电网运行可靠性。相反控制不当将会引起不可预计后果。这就需要广大继电保护工作者孜孜不倦的研究新原理,掌握设备性能,排查投运设备运行情况。由于我国能源分布与用电负荷地域性差异较大等诸多特点,超高压输电在电网中占比例越来越大。维护好高压输电网络具有举足轻重的作用。


上海豫程电气有限公司(http://www.yucheng-sh.com)是一家集电抗器, 高压电抗器,高压空心电抗器, 输入输出电抗器,输入输出滤波器产品研发、制造、销售、服务为一体的高科技企业。我公司专业生产各种型号的高低压电抗器及变频器周边配套产品。



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