陳 聰,陶悅玥,羅 瀟,汪 洋,譚 丹
(武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430079)
高抗抽能繞組保護(hù)配置改進(jìn)方法
陳 聰,陶悅玥,羅 瀟,汪 洋,譚 丹
(武漢電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430079)
以西南某開關(guān)站內(nèi)抽能高抗的故障為背景,根據(jù)已有材料及數(shù)據(jù)詳細(xì)分析了該抽能高抗的故障原因,結(jié)合現(xiàn)有保護(hù)配置情況,提出了針對(duì)高抗抽能繞組的保護(hù)配置改進(jìn)方案。該方案建議在現(xiàn)有的電抗器保護(hù)基礎(chǔ)上增加帶長(zhǎng)延時(shí)和短延時(shí)的零序過流保護(hù),以及增加帶負(fù)序方向閉鎖元件的抽能側(cè)過流保護(hù)。計(jì)算分析及實(shí)際工程均驗(yàn)證了該改進(jìn)的保護(hù)配置方案優(yōu)于常規(guī)的電抗器保護(hù)方案。
抽能;高抗;保護(hù)配置方案;故障;改進(jìn)
近年來,隨著我國(guó)清潔能源戰(zhàn)略的大力實(shí)施,充分利用西南部豐富水電資源,建設(shè)大型水利電站已成為國(guó)家發(fā)展西部電力事業(yè)的主導(dǎo)方向。擔(dān)負(fù)輸送西部地區(qū)巨大電力輸送任務(wù)的500 kV變電站和線路大建設(shè)在偏遠(yuǎn)山區(qū),附近無可用外引站用電源。抽能高壓電抗器這一新產(chǎn)品有效好解決了偏遠(yuǎn)開關(guān)站的站用電源問題。使用抽能電抗器供應(yīng)開關(guān)站站用電源在我國(guó)并不廣泛,但在西部地區(qū)應(yīng)用較多[1-2]。
抽能高抗的保護(hù)配置比較特殊,裝置中反映短路和接地故障的主保護(hù)有主電抗器差動(dòng)保護(hù)、主電抗器零序差動(dòng)保護(hù)、主電抗器匝間保護(hù)。主電抗器后備保護(hù)有主電抗器過電流保護(hù)、主電抗器零序過流保護(hù)、主電抗器過負(fù)荷保護(hù)。抽能繞組保護(hù)包括抽能復(fù)合電壓閉鎖的過流保護(hù),以及非電量保護(hù)[3]。
本文以西南某開關(guān)站內(nèi)抽能高抗事故分析為例,探討抽能高抗保護(hù)配置改進(jìn)方法。
1)開關(guān)站內(nèi)抽能電抗器接線方式為YnD-1,抽能電抗器電壓比為550/3kV/6 kV,主電抗器容量和抽能繞組的容量比例很大,有數(shù)百倍,與常規(guī)變壓器不同;主電抗器高壓側(cè)TA變比300/1,抽能繞組出線側(cè)TA變比100/1;
2)抽能繞組上有兩組TA,正常工作電流大約27.8 A,抽能繞組出線側(cè)安裝有斷路器,下端帶的負(fù)載為一個(gè)6 kV/0.4 kV,DYn接線的箱式變壓器,箱變高壓側(cè)沒有斷路器,低壓側(cè)有斷路器。
圖1 抽能繞組一次TA接線示意圖Fig.1 Schematic diagram of primary TA of shunt reactor
現(xiàn)場(chǎng)抽能電抗器接線方式為YnD-1,抽能電抗器電壓比為550/3kV/6 kV,主電抗器容量和抽能繞組的容量比例很大,有數(shù)百倍,與常規(guī)變壓器不同;主電抗器高壓側(cè)TA變比為300/1,抽能繞組出線側(cè)TA變比為100/1,且抽能繞組上有兩組TA,是可以引出來的,抽能繞組正常工作電流大約27.8 A,抽能繞組出線側(cè)安裝有斷路器,下端帶的負(fù)載為一個(gè)6 kV/0.4 kV,DYn接線的箱式變壓器,箱變高壓側(cè)沒有斷路器,低壓側(cè)有斷路器。
現(xiàn)有的抽能高抗保護(hù)裝置,型號(hào)分別為電量保護(hù)CSC-330AN,非電量保護(hù)CSC336C。針對(duì)抽能繞組故障配置有抽能繞組復(fù)壓過流保護(hù),該保護(hù)設(shè)置兩段兩時(shí)限,采用抽能繞組Y形接線的三相電流來實(shí)現(xiàn)。保護(hù)Ⅰ段定值為16 A,0.3 s,動(dòng)作于跳低壓側(cè)斷路器;Ⅱ段定值為0.73 A,0.9 s,動(dòng)作于高抗全停。
在對(duì)該500 kV開關(guān)站的某一回500 kV線路及兩側(cè)的高抗進(jìn)行沖擊試驗(yàn)時(shí),該線路主電抗器B相的非電量(重瓦斯)保護(hù)動(dòng)作于跳閘,且保護(hù)裝置記錄的波形反映出A相抽能繞組反接。
由于事故現(xiàn)場(chǎng)抽能側(cè)A相繞組接反,開關(guān)站內(nèi)的抽能高抗出現(xiàn)故障,高抗內(nèi)部燒毀,過電流保護(hù)未動(dòng)作,而重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,形成如表1所示數(shù)據(jù)。
表1 故障數(shù)據(jù)分析Tab.1 Fault data analysis
1)充電時(shí)刻的抽能繞組電流采樣值和有效值的波形分別如圖2和圖3所示。
圖2 斷路器充電時(shí)刻抽能繞組電流采樣值Fig.2 The current sampling value of shunt reactor when circuit breaker charging
圖3 斷路器充電時(shí)刻抽能繞組電流有效值Fig.3 The current effective value of shunt reactor when circuit breaker charging
根據(jù)錄波的數(shù)據(jù)可以看出,保護(hù)啟動(dòng)后,抽能繞組出現(xiàn)了過電流的情況,其最大電流達(dá)到了1.19 A,小于Ⅰ段過流定值,因此Ⅰ段過流保護(hù)無法動(dòng)作;在部分時(shí)間內(nèi)大于Ⅱ段過流定值,但在啟動(dòng)100 ms之后低于定值造成保護(hù)返回,因此抽能繞組在斷路器充電時(shí)無法滿足過流的動(dòng)作條件。
2)斷路器合閘后抽能繞組電流采樣值和有效值的波形分別如圖4和圖5所示。
由后期的錄波可以看到,整個(gè)的過程中其抽能繞組的電流并未達(dá)到動(dòng)作條件。
A相抽能線圈極性反接時(shí),△接線繞組回環(huán)內(nèi)的三相感應(yīng)電壓之和為Uloop,并產(chǎn)生循環(huán)電流Iloop,電氣連接圖如圖6所示。
圖4 斷路器合閘后抽能繞組電流采樣值Fig.4 The current sampling value of shunt reactor after circuit breaker is closed
圖5 斷路器合閘后抽能繞組電流有效值Fig.5 The current effective value of shunt reactor after circuit breaker is closed
圖6 電氣連接圖Fig.6 Electrical connection diagram
Xk為并聯(lián)繞組和抽能線圈間的短路阻抗,實(shí)測(cè)值約為6.65 Ω,則
大電流造成B相引線產(chǎn)生熱擊穿,使得B相故障進(jìn)一步擴(kuò)大,B相發(fā)生短路時(shí),則A、C相間的電流計(jì)算如下:
上述計(jì)算的電流是零序分量,在△接的環(huán)里流不出來,并且由于抽能電抗器高低壓側(cè)容量差別很大,因此低壓側(cè)故障時(shí)抽能繞組出線側(cè)TA感受不到故障電流的存在,高壓側(cè)的過電流保護(hù)可能拒動(dòng)。
目前國(guó)內(nèi)針對(duì)匝間短路故障配置的保護(hù)通常有零序功率方向保護(hù)和負(fù)序功率方向保護(hù)等。對(duì)于本次故障,一次側(cè)為容量很大的電源,相對(duì)而言二次側(cè)容量很小,其故障可能不足以影響一次側(cè)電壓,方向元件判斷失效,匝間保護(hù)拒動(dòng);高壓側(cè)雖然安裝有差動(dòng)保護(hù),然而低壓側(cè)故障時(shí),高壓側(cè)的首端和尾端電流相量和依舊為零,這種情況下差動(dòng)保護(hù)也不會(huì)動(dòng)作,實(shí)際上這個(gè)差動(dòng)保護(hù)僅能反映原邊的接地或者相間故障。
以上分析表明,常規(guī)的電抗器保護(hù)用于抽能電抗器時(shí)存在拒動(dòng)的情況,這是絕對(duì)不允許的,因此應(yīng)該對(duì)常規(guī)的電抗器保護(hù)做相應(yīng)的改進(jìn)。
由于保護(hù)配置考慮不周,使得出現(xiàn)了故障發(fā)生后沒有保護(hù)動(dòng)作于切除故障的情況,繼而使得B相繞組過熱導(dǎo)致絕緣被破壞,最終導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動(dòng)作切除故障,造成嚴(yán)重的后果。
由于抽能電抗器與常規(guī)并聯(lián)電抗器存在較大差異,常規(guī)的電抗器保護(hù)將不再適用于抽能電抗器[4-6]。通過本次事故分析,針對(duì)開關(guān)站內(nèi)抽能電抗器的特點(diǎn),對(duì)抽能電抗器的保護(hù)提出以下幾種配置建議。
增加抽能匝間保護(hù)的程序部分,保護(hù)原理為:利用現(xiàn)場(chǎng)的抽能繞組接成三角角形接線時(shí),當(dāng)匝間故障時(shí),會(huì)在角形繞組內(nèi)部形成零序電流,保護(hù)通過引入角內(nèi)TA的三相繞組電流合成出自產(chǎn)的零序電流,該電流設(shè)置門檻值。為防止高壓系統(tǒng)側(cè)因接地故障造成抽能繞組角內(nèi)側(cè)出現(xiàn)零序電流造成誤動(dòng),特采用零序電流的長(zhǎng)短延時(shí)兩種邏輯配合使用,邏輯為:
1)短延時(shí)的零序電流保護(hù)
利用高壓側(cè)的自產(chǎn)零序電壓與高壓側(cè)的自產(chǎn)零序電流,判斷當(dāng)零序功率方向?yàn)閰^(qū)外時(shí),即:高壓系統(tǒng)側(cè)故障,此時(shí)閉鎖抽能繞組的零序過流保護(hù),當(dāng)判斷為區(qū)內(nèi)故障時(shí),則開放抽能繞組的零序過流保護(hù),當(dāng)抽能繞組的零序過流元件滿足定值時(shí),經(jīng)整定的短延時(shí)時(shí)間跳開高抗各側(cè)開關(guān)。
2)長(zhǎng)延時(shí)的零序電流保護(hù)
為防止因TV斷線等問題使得零序方向元件失效,而此時(shí)抽能繞組匝間故障時(shí)失去保護(hù),特增設(shè)抽能繞組零序過流長(zhǎng)延時(shí),該保護(hù)定值與短延時(shí)相同,但時(shí)間可整定與系統(tǒng)側(cè)進(jìn)行配合,躲開系統(tǒng)側(cè)接地保護(hù)的影響。
保護(hù)采用抽能繞組TA的三相電流,該電流定值可以整定,保護(hù)可投退,過電流保護(hù)設(shè)置為兩段,每段一個(gè)時(shí)限。
保護(hù)通過抽能繞組TA的三相電流向角外側(cè)折算,折算方式按照定值中的抽能繞組接線組別自動(dòng)進(jìn)行(定值中增加抽能繞組的接線鐘點(diǎn)數(shù)),該過流元件的定值按照角外側(cè)電流整定,保護(hù)可投退,過流設(shè)置為兩段,每段一個(gè)時(shí)限。
保護(hù)通過抽能繞組TA的三相電流向角外側(cè)折算,折算方式按照定值中的抽能繞組接線組別自動(dòng)進(jìn)行(定值中增加抽能繞組的接線鐘點(diǎn)數(shù)),通過抽能繞組的抽能電壓以及折算后的電流構(gòu)成的負(fù)序方向元件作為主電抗器的匝間保護(hù)的閉鎖元件。邏輯為:
1)當(dāng)抽能繞組三相電流都正常,無過流時(shí),匝間保護(hù)不閉鎖,判出匝間故障后可靈敏動(dòng)作;
2)當(dāng)抽能繞組電流大于“抽能過流閉鎖匝間定值”時(shí)進(jìn)行負(fù)序方向判別,若抽能負(fù)序方向?yàn)閰^(qū)內(nèi),則保護(hù)經(jīng)短延時(shí)出口;若負(fù)序方向在區(qū)外,則閉鎖匝間保護(hù);
3)當(dāng)抽能TA斷線或抽能TV斷線或抽能電壓壓板退出時(shí),閉鎖匝間保護(hù)。
目前高抗抽能繞組為單相式設(shè)備,其接線形式為中性點(diǎn)不接地星形或三角形2種,其可能發(fā)生的故障主要有匝間短路、內(nèi)部單相接地及相間短路3種。對(duì)于6 kV的抽能繞組,匝數(shù)很少,發(fā)生匝間短路故障后,無論是星形接線還是角形接線,其電流、電壓的變化量都很小,因此很難設(shè)計(jì)其保護(hù)邏輯。但為了安全,建議增加如下:(1)增加帶長(zhǎng)延時(shí)和短延時(shí)的零序過流保護(hù),零序過流保護(hù)的定值整定按要求保護(hù)的匝間故障的環(huán)流和最大負(fù)荷下的不平衡電流取最大值。(2)增加帶負(fù)序方向閉鎖元件的抽能側(cè)過流保護(hù)。
(References)
[1] 范榮全.帶有抽能繞組的500 kV并聯(lián)電抗器在開關(guān)站的應(yīng)用[J].電網(wǎng)技術(shù),2001,25(11):77-79.FAN Rongquan.Application of 500 kV shunt reactors with auxiliary winding system in switching station[J].Power System Technology,2001,25(11):77-79.
[2] 李世雄.500 kV抽能并聯(lián)電抗器在湖北魚峽開關(guān)站的應(yīng)用[J].湖北電力,2009,33(S1):87-90.LI Shixiong.Application of 500 kV shunt reactors with auxiliary winding system in switching station ofHubeiYuxia[J].HubeiElectric Power,2009,33(S1):87-90.
[3] 尹剛,彭勇.500 kV抽能并聯(lián)電抗器的匝間短路保護(hù)[J].電網(wǎng)技術(shù),2012,11:227-231.YING Gang,PENG Yong.Turn-to-turn faults protection of 500 kV energy extraction shunt reactor[J].Power System Technology,2012,11:227-231.
[4] 譚黎軍,龔筱琦,蘇鐘煥,等.500 kV抽能并聯(lián)電抗器空、負(fù)載特性研究[J].變壓器,2015,52(10):33-37.TAN Lijun,GONG Xiaoqi,SU Zhonghuan,et al.No-load and load characteristics research of 500 kV shunt reactor with transformer function[J].Transformer,2015,52(10):33-37.
[5] 張進(jìn)德,曾鵬,鄧皓元,等.500 kV抽能并聯(lián)電抗器-6 kV所用變系統(tǒng)運(yùn)行分析[J].湖北電力,2010,34(5):36-38.ZHANG Jinde,ZENG Peng,DENG Haoyuan,et al.Operation analysis of500 kV energy extraction shunt reactor-6 kV auxiliary transformer system[J].Hubei Electric Power,2010,34(5):36-38.
[6] 李慧奇,崔翔,李琳,等.帶抽能線圈并聯(lián)鐵心電抗器的分析[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2004,19(12):15-19.LI Huiqi,CUI Xiang,LI Lin,et al.Analysis of high-voltage shunt reactor with auxiliary winding system[J].TransactionsofChinaElectrotechnical Society,2004,19(12):15-19.
Improved Protection for High-Voltage Shunt Reactor with Auxiliary Winding System
CHEN Cong,TAO Yueyue,LUO Xiao,WANG Yang,TAN Dan
(Wuhan Electric Power Technical College,Wuhan Hubei 430079,China)
Taking the high-voltage shunt reactor of a switching station in Southwest China as an example,the fault reasons of the high-voltage shunt reactor with auxiliary winding are analyzed in this paper,and combined with the existing protection configuration,the improved scheme is put forward.The scheme proposes to increase the zero sequence overcurrent protection with long delay and short delay,and to increase the overcurrent protection on the shunt reactor side with negative sequence direction blocking elements on the basis of existing reactor protection.The computational analysis and the actual engineering verify that the improved protection scheme is superior to the conventional reactor protection scheme.
shunt reactor;auxiliary winding;protection scheme;fault;improve
TM771
B
1006-3986(2017)05-0008-04
10.19308/j.hep.2017.05.003
2017-04-10
陳 聰(1989),女,湖北鐘祥人,助理講師,碩士。