周春陽，胡忠山，焦華

(中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510405)

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斷路器檢修狀態(tài)下感應(yīng)電流對(duì)繼電保護(hù)的影響

周春陽，胡忠山，焦華

(中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局，廣東 廣州510405)

結(jié)合一起交流濾波器保護(hù)誤動(dòng)的事件，通過分析故障錄波數(shù)據(jù)，得出了濾波器保護(hù)誤動(dòng)的原因是斷路器檢修狀態(tài)下流過的感應(yīng)電流。再對(duì)不同工況下斷路器中感應(yīng)電流進(jìn)行測試和對(duì)比，分析了感應(yīng)電流產(chǎn)生的條件和主要影響因素；同時(shí)結(jié)合交流濾波器場設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，利用電磁感應(yīng)原理深入分析了感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)。最后，從安全和技術(shù)措施兩個(gè)方面給出了避免感應(yīng)電流引起保護(hù)誤動(dòng)的改進(jìn)措施和建議。

保護(hù)誤動(dòng)；故障錄波；感應(yīng)電流；電磁感應(yīng)

500kV換流站內(nèi)交流濾波器場電磁環(huán)境復(fù)雜。由于電磁感應(yīng)的作用，在閉合回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，給設(shè)備安全運(yùn)行帶來了巨大隱患[1-3]。在開展一次設(shè)備檢修工作時(shí)，為了防范感應(yīng)電流對(duì)人體和設(shè)備的危害，通常將一次設(shè)備操作至檢修狀態(tài)，即將一次設(shè)備通過接地開關(guān)與站內(nèi)接地網(wǎng)相連接。該方法可有效抑制一次設(shè)備上產(chǎn)生的感應(yīng)電[4-6]。但在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)斷路器在檢修狀態(tài)時(shí)，如果合上斷路器，斷路器上會(huì)流過持續(xù)的電流，可能引起保護(hù)裝置誤動(dòng)。

針對(duì)上述問題，本文通過分析一起感應(yīng)電流引起濾波器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作事件，結(jié)合故障錄波和現(xiàn)場測試結(jié)果，分析了感應(yīng)電流產(chǎn)生的原因，以及影響其大小的主要因素。同時(shí)結(jié)合電力檢修工作，從安全措施和技術(shù)措施兩方面提出了避免該工況下感應(yīng)電流引起保護(hù)誤動(dòng)的改進(jìn)措施與建議。

1　交流濾波器保護(hù)誤動(dòng)分析

1.1事件經(jīng)過

2014年7月23日，檢修人員對(duì)某換流站553交流濾波器斷路器分合閘線圈進(jìn)行檢查。檢查完成后，主控室對(duì)553斷路器進(jìn)行合閘操作后，553小組保護(hù)屏A/B零序差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，跳開553斷路器。事件發(fā)生時(shí)553斷路器為檢修狀態(tài)：553斷路器在分位，5531隔離開關(guān)在拉開位置，斷路器兩側(cè)接地開關(guān)55317和55327均在合上位置。553交流濾波器主接線如圖1所示。

5531為隔離開關(guān)，在分位；55327、55317為接地開關(guān)，在合位；5517為母線接地開關(guān)，在分位；F為避雷器；T為電流互感器；L為電抗器。圖1　553交流濾波器主接線

1.2零序差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

該換流站交流濾波器保護(hù)功能通過微機(jī)保護(hù)裝置PCS-976A實(shí)現(xiàn)。零序差動(dòng)保護(hù)采用圖1中首端電流互感器T1和尾端電流互感器T3的自產(chǎn)零序電流進(jìn)行差流計(jì)算。差動(dòng)電流大于動(dòng)作定值時(shí)，保護(hù)不經(jīng)延時(shí)動(dòng)作跳開斷路器。圖2為零序差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)刻的差動(dòng)電流錄波。

Ip為二次側(cè)額定電流；錄波啟動(dòng)時(shí)刻為0 s，之前時(shí)間為負(fù)值。圖2　差動(dòng)電流錄波

由圖2可知，U、V、W三相差流主要為工頻電流，三相基本同相位，故疊加后的零序差流有效值很大(取三相差流之和)。U相差流有效值為0.114Ip，V相差流有效值為0.091Ip，W相差流有效值為0.144Ip，零序差流有效值為0.343Ip。零序差流動(dòng)作定值為0.330Ip，故導(dǎo)致零序差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口跳開553斷路器。

1.3感應(yīng)電流諧波分析

通過分析故障錄波，發(fā)現(xiàn)差動(dòng)電流與電流互感器T1中流過的電流相等，電流互感器T3中流過的電流基本為0。對(duì)T1中電流諧波分析可知：差動(dòng)電流主要為50Hz基波，大小為0.341Ip。主要諧波成分有：11次諧波為0.014Ip，含量為3.97%；13次諧波為0.01Ip，含量2.97%。附近運(yùn)行中的A型濾波器主要過濾11/24次諧波，B型濾波器主要過濾13/36次諧波。這些諧波電流流入接地網(wǎng)，因此斷路器合閘后的感應(yīng)電流中11、13次諧波含量較多。

2　不同工況對(duì)比試驗(yàn)

現(xiàn)場對(duì)不同交流濾波器小組斷路器分別進(jìn)行了6次合閘測試。553、554交流濾波器均為C型濾波器，接線方式相同，不同工況下電流互感器T1中流過電流有效值見表1(電流為6次合閘測試平均值)。

表1斷路器中感應(yīng)電流對(duì)比A

狀態(tài)554斷路器電流U相V相W相553斷路器電流U相V相W相檢修狀態(tài)0.0310.0140.0230.0370.0290.046非檢修狀態(tài)000.010.0100

554交流濾波器斷路器在檢修狀態(tài)，合閘后三相感應(yīng)電流錄波如圖3所示。

圖3　554斷路器檢修狀態(tài)感應(yīng)電流

由圖3可知，554斷路器在檢修狀態(tài)下合閘后，首端電流互感器T1同樣出現(xiàn)了三相感應(yīng)電流，且感應(yīng)電流也為同相位的工頻電流。并且感應(yīng)電流在合閘狀態(tài)下持續(xù)存在，沒有衰減趨勢。由于疊加后零序電流不滿足動(dòng)作定值，所以保護(hù)裝置沒有動(dòng)作。553交流濾波器斷路器在非檢修狀態(tài)(55317接地開關(guān)在分位，55327接地開關(guān)在合位)，合閘操作后553斷路器中流過感應(yīng)電流錄波如圖4所示，可知：553斷路器在非檢修狀態(tài)時(shí)，合閘后由于無法形成閉合回路，電流互感器T1中各相感應(yīng)電流基本為0。通過對(duì)比分析可得出以下結(jié)論：

a) 斷路器合閘后形成閉合回路是產(chǎn)生感應(yīng)電流的必要條件；

b) 感應(yīng)電流在靠近運(yùn)行設(shè)備的U、W相中較大，中間V相較??；

c) 感應(yīng)電流持續(xù)存在說明存在穩(wěn)定的感應(yīng)電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生了一個(gè)工頻電壓源。

圖4　553斷路器非檢修狀態(tài)感應(yīng)電流

3　感應(yīng)電流產(chǎn)生原因分析

3.1電抗器磁場的影響

553交流濾波器附近的551、552小組交流濾波器為雙調(diào)諧濾波器，其中的電抗器沒有鐵心構(gòu)成閉合磁通，也無法采取磁屏蔽措施，所以在電抗器周圍空間存在很強(qiáng)的交變磁場[7]。斷路器合閘后與兩側(cè)接地開關(guān)、接地網(wǎng)形成了閉合回路，電抗器的強(qiáng)交變磁場被該回路切割產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)文獻(xiàn)[1]可知，磁場強(qiáng)度隨著與電抗器中心的徑向距離增加呈現(xiàn)出衰減趨勢。故感應(yīng)電流的大小與斷路器到電抗器的水平距離、閉合回路的電阻及斷路器布置方向有關(guān)。由于553斷路器距離電抗器要比554斷路器更近，所以553斷路器中的感應(yīng)電流更大。

3.2交流線路電磁場影響

高壓線路中的交流電流會(huì)在其周圍空間產(chǎn)生很強(qiáng)的交變磁場，則處在超高壓輸電線路下方的長形導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)現(xiàn)象[8-9]。由于電容耦合，帶電導(dǎo)體在該物體上會(huì)感應(yīng)出電壓，迫使導(dǎo)體處于一個(gè)懸浮電位，該電壓稱為感應(yīng)電壓[10]。

感應(yīng)電包括電磁感應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流。如果產(chǎn)生感應(yīng)電的長形導(dǎo)體不接地，則只有感應(yīng)電壓存在；一旦導(dǎo)體接地，將產(chǎn)生入地的感應(yīng)電流[11]。運(yùn)行中的輸電線路對(duì)附近導(dǎo)體的感應(yīng)電一般來自兩方面：一是電磁感應(yīng)，它與互感有關(guān)；二是靜電感應(yīng)，它與電容有關(guān)[12]。

由于電磁耦合三相互感不平衡，在長形導(dǎo)體上感應(yīng)出相應(yīng)的電磁感應(yīng)電壓。由于三相距離不相等，互感各不相同，運(yùn)行線路的磁場在長形導(dǎo)體上感應(yīng)電動(dòng)勢各不相等，疊加后矢量和即為導(dǎo)體上的感應(yīng)電動(dòng)勢[13]?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)在553斷路器上方距離約7m處有一組500kV交流母線跨線，且該母線與553斷路器布置呈30°夾角。設(shè)交流母線中流過的交變電流

(1)

式中：I0為交流電流幅值；ω為角頻率；t為時(shí)間。

斷路器合閘時(shí)刻通過該閉合環(huán)路的磁通量

(2)

式中：d為交流母線到長方形導(dǎo)體的距離；b為長方形導(dǎo)體寬度；l為長方形導(dǎo)體長度；μ0為磁導(dǎo)率。

通過閉合回路的磁通量為隨時(shí)間變化的正弦函數(shù)，故閉合回路中感應(yīng)電動(dòng)勢

(3)

由式(3)可知，回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢為隨時(shí)間變化的余弦函數(shù)，閉合回路為電阻電路，故感應(yīng)電流也為余弦規(guī)律變化，呈現(xiàn)出工頻電流特點(diǎn)。

4　改進(jìn)措施及建議

通過上述試驗(yàn)和分析可知，交流濾波器場內(nèi)存在強(qiáng)交變磁場，斷路器合閘后形成閉合回路會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，將對(duì)人身和設(shè)備安全產(chǎn)生影響，需要引起現(xiàn)場工作人員的高度重視。同時(shí)需要制定切實(shí)可行的安全技術(shù)措施，來避免感應(yīng)電帶來的危害。針對(duì)上述分析，提出以下改進(jìn)措施。

4.1斷路器檢修時(shí)退出相關(guān)保護(hù)

一次設(shè)備檢修過程中，往往會(huì)忽略特殊情況下感應(yīng)電對(duì)二次回路和保護(hù)的影響，缺少相應(yīng)的安全措施。在諸如斷路器分合閘線圈檢查，斷路器分合特性試驗(yàn)等工作中，需要將對(duì)應(yīng)間隔的保護(hù)裝置退出運(yùn)行，防止合閘時(shí)感應(yīng)電引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

4.2設(shè)備定檢封電流互感器回路外部端子

控制保護(hù)裝置定檢過程中，需要在二次屏柜電流互感器回路對(duì)裝置增加保護(hù)定檢電流量。此時(shí)，若現(xiàn)場斷路器在合位，電流互感器回路外部端子存在感應(yīng)電壓，定檢過程存在觸電的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要將外部端子用絕緣膠帶封住。如果對(duì)二次回路進(jìn)行回阻測試時(shí)，為防止感應(yīng)電壓導(dǎo)致測量誤差以及人員傷害，需要將斷路器斷開，并先用交流電壓檔進(jìn)行確認(rèn)。

4.3避免有感應(yīng)電壓情況下進(jìn)行絕緣檢測

對(duì)二次回路進(jìn)行絕緣檢查時(shí)，需要保證斷路器在分位或者其中一把接地開關(guān)在拉開位置。同時(shí)，在絕緣檢查開始前以及完成放電以后，需要用萬用表測量回路端子的交流電壓，確認(rèn)搖絕緣前回路無感應(yīng)電，搖絕緣后已經(jīng)充分放電。

4.4改進(jìn)保護(hù)動(dòng)作邏輯

在保護(hù)定值整定中很少考慮特殊工況下感應(yīng)電對(duì)保護(hù)的影響。但隨著系統(tǒng)容量和電壓等級(jí)的提高，現(xiàn)場的電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，網(wǎng)內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)過多起感應(yīng)電引起保護(hù)誤動(dòng)作情況。因此，在特殊工況下應(yīng)對(duì)相應(yīng)保護(hù)動(dòng)作邏輯進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。針對(duì)本文中零序差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)情況，可以在不同分區(qū)中設(shè)置兩種不同整定定值，斷路器在檢修狀態(tài)時(shí)切換到對(duì)應(yīng)的定值區(qū)，防止零序差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的發(fā)生。

4.5優(yōu)化電氣布置設(shè)計(jì)

在電氣設(shè)計(jì)時(shí)，母線或線路與下方斷路器等設(shè)備應(yīng)保持垂直布置，減少交叉跨越的母線和線路。同時(shí)，有條件的可以對(duì)電抗器周圍采取磁屏蔽措施，減少強(qiáng)磁場對(duì)周圍其他設(shè)備的影響。

5　結(jié)束語

交流濾波器場斷路器檢修狀態(tài)下，斷路器合閘后與兩側(cè)接地開關(guān)、接地網(wǎng)構(gòu)成閉合回路，交變磁場在該回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，進(jìn)而產(chǎn)生感應(yīng)電流，且該感應(yīng)電流持續(xù)存在。由于斷路器三相中流過同相位的感應(yīng)電流，可能引起零序差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。感應(yīng)電流的大小與周圍電磁場強(qiáng)弱、地網(wǎng)中諧波電流、回路電阻等因素有關(guān)?？梢酝ㄟ^采取對(duì)應(yīng)的安全技術(shù)措施，優(yōu)化電氣設(shè)備安裝布置，改進(jìn)保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯等減小感應(yīng)電流對(duì)繼電保護(hù)的影響。

[1]趙海翔. 干式空心電抗器磁場對(duì)空間閉合環(huán)路影響的研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù)，2000，24(2)：17-19.

ZHAO Haixiang. Influence of Magnetic Field of Dry-type Air Core Reactor on Spatial Closed Loop[J]. Power System Technology，2000，24(2)：17-19.

[2]李樂樂，謝志遠(yuǎn)，李娜.變電站二次設(shè)備的抗干擾性研究[J]. 電測與儀表，2008，45(506)：37-38.

LI Lele，XIE Zhiyuan，LI Na. Research on Anti-interference for Secondary Equipments in Substations[J]. Electrical Measurement & Instrumentation，2008，45(506)：37-38.

[3]郭賢珊. 交流高壓接地?cái)嗦菲鏖_合感應(yīng)電流問題的探討[J]. 高壓電器，2006(3)：214-219.

GUO Xianshan. Questions of HV Earthing Switch Switching Induced Current[J]. High Voltage Apparatus，2006(3)：214-219.[4]梁振光，董霞，鄭路.500 kV 變電站工頻電場的測量與分析[J]. 高電壓技術(shù)，2006，32(11)：81-83.

LIANG Zhenguang，DONG Xia，ZHENG Lu. Measurement and Analysis of Power Frequency Electric Field in a 500 kV Substation[J]. High Voltage Engineering，2006，32(11)：81-83.

[5]盧斌先，王澤忠，李成榕，等.500 kV 變電站斷路器操作瞬態(tài)電場測量與研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2004，24(4)：133-138.

LU Binxian，WANG Zezhong，LI Chengrong，et al. Measurements and Research of Switching Operation Transient Electric Field in 500 kV Substations[J]. Proceedings of the CSEE，2004，24(4)：133-138.

[6]鞏學(xué)海，何金良.變電所二次系統(tǒng)電磁兼容抗擾度指標(biāo)分析[J]. 高電壓技術(shù)，2008(11)：2412-2416.

GONG Xuehai，HE Jinliang. Analysis on Electromagnetic Compatibi lity Immunity Indexesfor Secondary Systems of Substation[J]. High Voltage Engineering，2008(11)：2412-2416.

[7]吳釗，趙慶斌，許書輝，等.具有輔助滅弧室回路的高壓交流接地?cái)嗦菲鏖_合感應(yīng)電流試驗(yàn)探討[J]. 高壓電器，2012(8)：103-108.

WU Zhao，ZHAO Qingbin，XU Shuhui，et al. Discussion on Induced Current Switching Test of High Voltage Earthing Switches with Auxiliary-interrupters[J]. High Voltage Apparatus，2012(8)：103-108.

[8]萬保權(quán)，謝輝春，樊亮，等.特高壓變電站的電磁環(huán)境及電暈控制措施[J]. 高電壓技術(shù)，2010(1)：109-115.

WAN Baoquan，XIE Huichun，F(xiàn)AN Liang，et al. Electromagnetic Environment and Corona Control Measures of UHV Substation[J]. High Voltage Engineering，2010(1)：109-115.

[9]馬海杰，羅廣孝，徐剛，等.特高壓變電站二次設(shè)備電磁兼容建模[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010(17)：53-57.

MA Haijie，LUO Guangxiao，XU Gang，et al. EMC Model of Secondary Equipment in UHV Substation[J]. Power System Protection and Control，2010(17)：53-57.

[10]王澤忠，劉士利，孫靜.特高壓交流變電站設(shè)備附近工頻電場計(jì)算[J]. 高電壓技術(shù)，2010(1)：81-85.

WANGZezhong，LIUShili，SUNJing.CalculationofPowerFrequencyElectricFieldnearEquipmentsinUHVACSubstations[J].HighVoltageEngineering，2010(1)：81-85.

[11]萬保權(quán)，鄔雄，楊毅波，等.750kV變電站母線電磁環(huán)境參數(shù)的試驗(yàn)研究[J]. 高電壓技術(shù)，2006，32(3) ：57-59，71.

WANBaoquan，WUXiong，YANGYibo，etal.StudyonElectromagneticEnvironmentofbusin750kVStation[J].HighVoltageEngineering，2006，32(3) ：57-59，71.

[12]饒章權(quán)，郭啟貴，趙殿全，等.500kV變電站工頻電磁場分布測量[J]. 高電壓技術(shù)，2004，30(9)：41-43.

RAOZhangquan，GUOQigui，ZHAODianquan，etal.MeasurementofPowerFrequencyElectric&MagneticFieldin500kVSubstation[J].HighVoltageEngineering，2004，30(9)：41-43.

[13]王勇，陳禾.變電站刀閘操作產(chǎn)生電磁干擾及對(duì)保護(hù)影響的測量[J]. 繼電器，2007(35)：149-153.

WANGYong，CHENHe.MeasurementofElectromagneticInterferenceandItsEffectonProtectionCausedbySwitchgearOperationinSubstation[J].Relay，2007(35)：149-153.

(編輯王朋)

Influence of Induced Current of Breaker on Relay Protection in theStateofMaintenance

ZHOU Chunyang, HU Zhongshan, JIAO Hua

(GuangzhouBureau,CSGEHVPowerTransmissionCompany,Guangzhou,Guangdong510405,China)

CombiningwithonecaseofprotectionmalfunctionofACfilter,thispaperanalyzesfaultrecordingdataandfindsoutthereasonformalfunctionisinducedcurrentofthebreakerinthestateofmaintenance.Ittestsandcomparesinducedcurrentinthebreakerunderdifferentworkingconditions,andanalyzesconditionsforproducinginducedcurrentandmajorinfluencingfactors.BymeansofcombiningwithpracticaloperationofACfilter,italsoanalyzesreasonforproducinginducedcurrentanditscharacteristicsbasedonelectromagneticinductionprinciple.Inaspectsofsecurityandtechnology,itproposesimprovementmeasuresandsuggestionsforavoidingprotectionmalfunctioncausedbyinducescurrent.

protectionmalfunction;faultrecording;inducedcurrent;electromagneticinduction

2016-03-26

2016-05-10

10.3969/j.issn.1007-290X.2016.08.013

TM531

A

1007-290X(2016)08-0067-04

周春陽(1985)，男，河南南陽人。工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)控制、高壓直流輸電控制保護(hù)。

胡忠山(1987)，男，四川達(dá)州人。工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)、高壓直流輸電控制保護(hù)。

焦華(1986)，男，河北石家莊人。工程師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)控制、高壓直流輸電控制保護(hù)。