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        電流互感器配置對(duì)交流濾波器差動(dòng)保護(hù)的影響

        2019-07-04 01:47:30苑雙殷丕盛吳布托
        山東電力技術(shù) 2019年6期
        關(guān)鍵詞:首端尾端差動(dòng)

        苑雙,殷丕盛,吳布托

        (國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司,山東 濟(jì)南 250118)

        0 引言

        隨著特高壓直流輸電技術(shù)的快速發(fā)展,“外電入魯”的2個(gè)受端特高壓直流換流站已正式投運(yùn),換流站的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)推動(dòng)清潔能源發(fā)展、提高電力使用效率、拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)起重大作用。

        交流濾波器是特高壓直流換流站的重要組成部分,主要用于保持系統(tǒng)無(wú)功平衡并濾除諧波,一般3~4個(gè)濾波器小組共同接到交流濾波器小組母線(xiàn)上組成1個(gè)大組,最后再將小組母線(xiàn)接到站內(nèi)對(duì)應(yīng)的交流母線(xiàn)上[1]。小組濾波器的首尾端電流、高低壓電容器不平衡電流等測(cè)量裝置均為光學(xué)電流互感器(光學(xué) TA)[2],因此,光學(xué)TA 的可靠配置對(duì)于交流濾波器保護(hù)以及整個(gè)直流輸電系統(tǒng)極為重要。

        1 交流濾波器小組差動(dòng)保護(hù)配置

        1.1 交流濾波器光學(xué)TA配置

        如圖1所示,現(xiàn)場(chǎng)交流濾波器設(shè)備配置情況:首端TA T1與尾端TA T2均為光學(xué)TA。首端光學(xué)TA同時(shí)配置有羅氏線(xiàn)圈(空芯線(xiàn)圈)和電子式低功率線(xiàn)圈(LPCT),尾端光學(xué)TA只配置了LPCT線(xiàn)圈,首端光學(xué)TA增加羅氏線(xiàn)圈是為了1 000 kV側(cè)的電流測(cè)量具有更好的暫態(tài)特性。首端光學(xué)TA羅氏線(xiàn)圈額定電流2 000 A,滿(mǎn)足5TPE精度要求,5TPE對(duì)暫態(tài)要求等同于TPY,LPCT線(xiàn)圈額定電流1 000 A,滿(mǎn)足0.2/5P7精度要求;尾端光學(xué)TA額定電流500 A,滿(mǎn)足0.2/5P40精度要求。首端光學(xué)TA T1與尾端光學(xué)TA T2的采量作為小組差動(dòng)保護(hù)的輸入量。

        圖1 1 000 kV雙調(diào)諧交流濾波器(12/24)保護(hù)功能配置

        羅氏線(xiàn)圈式TA往往由漆包線(xiàn)均勻繞制在環(huán)形骨架上制成,骨架采用塑料、陶瓷等非鐵磁材料,其相對(duì)磁導(dǎo)率與空氣的相對(duì)磁導(dǎo)率相同,這是空芯線(xiàn)圈有別于帶鐵芯TA的一個(gè)顯著特征。羅氏線(xiàn)圈式TA不含鐵磁性材料,無(wú)磁滯效應(yīng),幾乎為零的相位誤差;無(wú)磁飽和現(xiàn)象,因而測(cè)量范圍可從數(shù)安培到數(shù)百千安培的電流,可傳變衰減直流分量[3]。

        鐵芯線(xiàn)圈式低功率電流互感器(LPCT),它是傳統(tǒng)電磁式TA的一種發(fā)展。其按照高阻抗電阻設(shè)計(jì),在非常高的一次電流下,飽和特性得到改善,擴(kuò)大了測(cè)量范圍,降低了功率消耗,可以無(wú)飽和地準(zhǔn)確測(cè)量過(guò)電流、全偏移短路電流,測(cè)量和保護(hù)可共用一個(gè)鐵芯線(xiàn)圈式低功率TA,其輸出為電壓信號(hào),其缺點(diǎn)是存在磁飽和等鐵芯TA的固有問(wèn)題[4]。

        1.2 小組差動(dòng)保護(hù)配置

        檢測(cè)交流濾波器小組內(nèi)接地/相間故障。保護(hù)分相檢測(cè)流入保護(hù)區(qū)域內(nèi)的電流的矢量和,與設(shè)定值比較。該保護(hù)只對(duì)基波電流敏感。由于TA特性不一致,保護(hù)采用比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù),制動(dòng)電流取接地側(cè)電流為參考。

        比率制動(dòng)曲線(xiàn)如圖2所示。

        圖2 差動(dòng)保護(hù)比率制動(dòng)曲線(xiàn)

        保護(hù)程序中將比率制動(dòng)系數(shù)固化,S=S1=S2。

        動(dòng)作方程為

        式中:Iop為差動(dòng)電流;Iop.0為差動(dòng)最小動(dòng)作電流整定值;Ires為制動(dòng)電流;Ires.0為最小制動(dòng)電流整定值;Iop.max為差動(dòng)速動(dòng)電流;S為比率制動(dòng)系數(shù),各側(cè)電流的方向都以指向交流濾波器為正方向。

        所謂“內(nèi)涵”困境,是指新大學(xué)運(yùn)動(dòng)第二階段“新建本科院?!痹跀U(kuò)招大潮中存在的重視“外延式發(fā)展”忽視“內(nèi)涵式發(fā)展”的問(wèn)題。而這個(gè)問(wèn)題也是高等教育大眾化階段中國(guó)大學(xué)普遍存在的問(wèn)題。事實(shí)上,“快、大、高、全”既是第二階段新大學(xué)運(yùn)動(dòng)中創(chuàng)立的新大學(xué)的發(fā)展特征,也是導(dǎo)致這些大學(xué)存在“內(nèi)涵”困境的主要原因,而“內(nèi)涵”困境在“終端”上的反映則是培養(yǎng)出來(lái)的學(xué)生質(zhì)量的下降。

        保護(hù)判據(jù)及動(dòng)作順序。比率制動(dòng)式差動(dòng)段:根據(jù)動(dòng)作方程式,跳小組斷路器,鎖定斷路器,啟動(dòng)失靈保護(hù)。速動(dòng)段:根據(jù)動(dòng)作方程式,跳小組斷路器,鎖定斷路器,啟動(dòng)失靈保護(hù)。

        2 光學(xué)TA配置對(duì)小組差動(dòng)保護(hù)的影響分析

        2.1 運(yùn)行工況

        廣固換流站1 000 kV第1大組第1小組T611交流濾波器,進(jìn)行第1次充電試驗(yàn)時(shí),雙套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

        首端光學(xué)TA采用羅氏線(xiàn)圈作為采樣單元,尾端光學(xué)TA采用LPCT線(xiàn)圈作為采樣單元。小組差動(dòng)保護(hù)定值:差動(dòng)啟動(dòng)電流48 A,差動(dòng)制動(dòng)電流96 A。

        2.2 小組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

        圖3為小組交流濾波器進(jìn)線(xiàn)斷路器T611分合閘錄波信號(hào),T611交流濾波器充電后,T611斷路器合閘錄波信號(hào)發(fā)生變位,如t1時(shí)刻,信號(hào)由0置1;發(fā)生跳閘后分閘錄波信號(hào)發(fā)生變位,如t2時(shí)刻,信號(hào)由 0置 1。

        圖3 T611斷路器三相分合閘錄波信號(hào)波形

        T611交流濾波器充電后的首尾端三相充電電流波形如圖4所示,首端光學(xué)TA具有明顯的直流分量,尾端光學(xué)TA基本沒(méi)有直流分量。

        圖4 首尾端三相充電電流波形

        對(duì)T611交流濾波器充電后t1時(shí)刻的首尾端一次電流進(jìn)行諧波分析,如表1所示。由此可得,首端電流中直流分量明顯高于尾端電流中直流分量。

        對(duì)首尾端電流基波分量的相量值做差,得到差動(dòng)電流的一次值:A相為362.15 A,B相為87.59 A,C相為313.09 A,均大于差動(dòng)啟動(dòng)電流48 A。制動(dòng)電流(取尾端電流)的一次值:A相為88 A,B相為25 A,C相為67 A,均小于最小制動(dòng)電流96 A。根據(jù)動(dòng)作方程式1,差動(dòng)電流大于啟動(dòng)電流,差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作,跳小組斷路器T611。

        表1 首尾端三相充電電流諧波分析表 kA

        首端光學(xué)TA采用空芯線(xiàn)圈作為采樣單元,不含鐵磁性材料,無(wú)磁飽和現(xiàn)象,暫態(tài)特性滿(mǎn)足TPY要求,可傳變衰減直流分量;尾端光學(xué)TA采用LPCT線(xiàn)圈作為采樣單元,準(zhǔn)確級(jí)滿(mǎn)足5P40要求,存在磁飽和現(xiàn)象,其特性不能滿(mǎn)足TPY要求,不能傳變衰減直流分量。由于首尾端光學(xué)TA內(nèi)采用的線(xiàn)圈不同,其暫態(tài)特性不一致[5-8],交流濾波器充電時(shí)穿越性電流通過(guò),首端光學(xué)TA的直流分量很大,尾端光學(xué)TA基本沒(méi)有直流分量,差流主要為直流分量,差流達(dá)到保護(hù)定值,造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

        3 處理方案

        差動(dòng)保護(hù)首尾端光學(xué)TA內(nèi)采用的采樣線(xiàn)圈不同,首尾端光學(xué)TA對(duì)穿越性電流的暫態(tài)特性不一致,造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。將首尾端光學(xué)TA都改成LPCT型號(hào),可提高差動(dòng)保護(hù)的可靠性。

        將1 000 kV交流濾波器小組差動(dòng)保護(hù)采量精確度進(jìn)行統(tǒng)一匹配,對(duì)1 000 kV全部小組交流濾波器首尾端光學(xué)TA一次本體傳感器進(jìn)行更換。首端光學(xué)TA 采用 TPY(空芯)+5P30(LPCT)采樣單元方式,其中TPY采樣單元參與濾波器大組差動(dòng)保護(hù)(串內(nèi)為常規(guī)TPY電流互感器),5P30采樣單元參與交流濾波器小組差動(dòng)保護(hù);尾端光學(xué)TA采用0.2 s+5P30采樣單元的方式,其中0.2 s為測(cè)控通道,不參與保護(hù)計(jì)算,5P30采樣單元參與濾波器小組差動(dòng)保護(hù)。由此,實(shí)現(xiàn)了對(duì)1 000 kV交流濾波器首尾端光學(xué)TA采樣單元的統(tǒng)一匹配。

        4 結(jié)語(yǔ)

        以魯固直流輸電工程為例,介紹了交流濾波器小組差動(dòng)保護(hù)的基本配置和原理,結(jié)合廣固換流站發(fā)生的交流濾波器充電時(shí)小組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作事件,重點(diǎn)分析了光學(xué)TA配置對(duì)小組差動(dòng)保護(hù)的影響,得出首尾端光學(xué)TA暫態(tài)特性不一致會(huì)導(dǎo)致小組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的結(jié)論,最后針對(duì)此事件給出了處理改進(jìn)方案,為今后直流輸電工程交流濾波器保護(hù)的設(shè)計(jì)與配置提供了參考和借鑒。

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