电抗器原理之电抗器匝间保护误动探讨

    电抗器原理之电抗器匝间保护误动探讨
    摘　要：ABB公司生产的SwitchsyncF236合闸角控制装置主要用于精准控制断路器分合闸时间，最大限度消除或限制分合闸时的暂态冲击电流。本文就SwitchsyncF236控制断路器分合闸的基本原理、电抗器匝间保护原理进行简介，结合龙岗电厂500kV升压站（以下简称龙岗升压站）并联电抗器充电过程出现问题及解决办法进行解析。

　　关键词：SwitchsyncF236电抗器; 3/2接线; 匝间保护; 磁路

    0 引 言
　　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。