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。