特高压直流换流变压器励磁涌流引起保护动作分析

2015-03-15朱志海何海欢

通信电源技术 2015年6期

陆锐，朱志海，徐晟，何海欢

（中国南方电网超高压输电公司广州局，广东广州510663）

0 引言

特高压直流输电工程两端换流站均为双极配置，每极采用双12脉动阀组串联结构。双12脉动串联阀组同时解锁是实现800 k V额定直流电压运行的直接方式，而换流变压器的可靠性及可用性对于整个系统来说是很关键的［1］。而对于每个12脉动换流阀组，换流变压器网侧套管在网侧接成Yn接线与交流系统直接相连，阀侧套管在阀侧按顺序完成Y、Δ连接后与12脉动换流阀组相连，换流变压器三相接线组别采用YNy0及YNd11接线。

由于换流变压器的运行与换流变的换相所造成的非线性密切相关，所以换流变压器在漏抗、绝缘、谐波、直流偏磁、有载调压和试验等方面与普通变压器有着不同的特点［1］。但在换流变的保护配置方面，换流变压器与传统变压器类似，也需要考虑换流变空载合闸时的励磁涌流问题，只是其励磁涌流是两台变压器的。对于变压器励磁涌流特征的判别，主要有间断角特征识别［2］、二次谐波识别［3］、波形相关度识别法［4，5］等，这些方法各有优缺点。由于二次谐波识别法在数字式保护中简单易行，且有比较成熟的现场应用经验，故目前国内外的微机变压器保护中仍广泛采用二次谐波制动方法［6］。换流变大差保护和换流变差动保护采用二次谐波识别法。

1 换流变励磁涌流识别逻辑

换流变压器及引线差动保护能反映换流变压器内部相间短路故障、网侧单相接地短路及匝间层间短路故障，既要考虑励磁涌流和过励磁运行工况，同时也要考虑TA异常、TA饱和、TA暂态特性不一致情况。由于换流变压器联结组不同和各侧TA变比不同，换流变压器各侧电流幅值、相位也不同，差动保护需要消除这些影响。现有保护装置都利用数字的方法对变比和相位进行补偿来消除换流变压器各侧电流幅值相位差异。

换流变大差保护一般采用四侧差动，采用的电流分别为换流变压器各侧电流互感器二次侧的电流，保护的范围包括引线和两台换流变区域，其连线方式如图1所示。

换流变压器空投时，三相励磁涌流中往往有一相含有大量二次谐波，现场装置多采用差动电流中的二次谐波含量来识别励磁涌流。判别方法为

图1 换流变及引线保护配置图

式中，Iop.2为差流中的二次谐波；Iop.1为差流中的基波；K2为二次谐波系数。满足条件后，采用“或”闭锁方式，即一相闭锁三相。换流变大差保护逻辑如图2所示。

图2 大差保护逻辑图

2 换流变及引线差动保护动作分析

某换流站极2低端阀组由备用状态转为闭锁状态，合上阀组对应的边开关5021后，SER发极2低端2套换流变保护系统的换流变及引线差动保护（87TC）外部保护跳闸，极2低端换流变开关5021断路器保护跳闸，5021开关三相跳开。TFR录波极2低端6台换流变的网侧电流如图3所示，从上至下依次为YYA、YYB、YYC、YDA、YDB、YDC相的电流波形。

从上图中可以看出，换流变压器22T21的涌流中，C相最大，A相次之，B相几乎没有涌流；A、C两相涌流都是比较标准的涌流波形，且都位于时间轴的一侧；换流变压器22T22的涌流中，A、B两相涌流相当，C相涌流较大且都是比较标准的涌流波形，都位于时间轴的一侧。由于故障录波装置没有对20B01.A（即5021开关）旁的电流互感器T1进行录波，对极2低端换流变压器（Y／Y和Y／△）网侧的两组电流互感器进行电流合成，作为串中电流互感器的波形如图4所示。

从合成的三相电流可以看到，C相电流已经超过保护动作值，且C相关于时间轴的对称性最好。对上面星星接、星角接换流变压器的各相电流波形进行分析，相应基波电流与二次谐波含量统计如表1所示。

表1 合闸后谐波含量

图4 换流变充电电流波形

大差定值中的电流值都是以星变的二次额定电流Ie为基准的标么值。其中Ie是用系统参数中的“星变铭牌最大容量与其”和“星变网侧一次电压”及“引线一TA变比”按如下公式计算：

计算出的大差TA1侧二次额定电流，且二次谐波含量默认为0.15。通过定值Sn=719.4 MVA、Un=564 k A、nTA=4 000，计算得Ie=0.1841，0.2Ie=0.2×0.1841=0.03682，换算到一次的电流为147.28 A。

对于换流变差动保护，通过计算换流变网侧、阀星侧和阀角侧电流变化量的相量和，当差动量达到整定值时出口动作。上表中星星接、星角接换流变压器的各相及A、B相大差差流二次谐波含量均超过定值15%，但A、B相的电流均小于保护动作值0.2Ie，不满足差动保护判据的动作方程，A、B相无谐波制动。但C相电流的二次谐波含量低于定值15%，且电流值大于0.2Ie，差动保护动作条件满足，因此在5021断路器合闸过程中换流变大差保护跳闸出口。

3 换流变压器励磁涌流识别逻辑改进

通过上表统计得知，断路器合闸后C相大差电流中二次谐波含量已低于定值15%，但C相星角变、星星变的二次谐波含量较大，当基波电流达到保护元件动作值时，大差保护逻辑中的二次谐波识别逻辑只对大差差流进行了判断。由于换流变大差保护中的励磁涌流出现对称性涌流，造成大差差流二次谐波低于定值，导致大差保护动作。对此，考虑换流变压器星星变、与星角变同时充电的情况，可以分相将星星变、星角变和大差差流二次谐波判别结果“或”门逻辑引入换流变大差保护的二次谐波判别中，优化的励磁涌流识别逻辑图如图5所示。