文战友

(许昌龙岗发电有限责任公司，河南 禹州 461690)

0 引言

在超高压输电线路网络的末端，为了改善电力系统的无功功率分布状态，防止发电机带长线路可能出现的自励磁谐振现象，一般在变电站母线上装设并联电抗器。电抗器高压断路器在分合过程中可能产生系统不能承受的瞬态过/欠压及过流现象，严重时甚至造成断路器爆炸，影响电网电压质量和电网安全运行。因此抑制电抗器操作时的励磁涌流和保护控制装置的稳定可靠性，就成为我们设备维护者日常必须学习、探讨的内容。

1 保护动作及配置情况

1.1 保护动作情况

某500KV变电站为3/2接线方式，两台发电机通过主变升压后单元接入，有两条线路与对侧500kV变电站连接，全站设一组三相独立式电抗器，电抗器通过5011DK开关投切于I母。

图1 500KV升压站接线图

2011年10月16日18:59分，500kV电抗器检修工作结束投入系统充电，电抗器保护AB柜内WKB－801A装置均匝间保护动作，电抗器开关5111DK合闸后即跳闸。WKB－801A装置匝间保护动作报告:电抗器零序电压0.918V，零序电流0.114A，零序电流值和零序功率值达到动作值。WKB－801A保护属正确动作。

1.2 保护配置情况

1.2.1 500kV电抗器配置两套电抗器电气量保护，两套保护实现双重化。第一套保护即A柜装设WFB－802A/F速断过流保护，WKB－801A电抗器差动、电抗器匝间。第二套保护即B柜内设计WFB－802A/F速断过流保护，WKB－801A电抗器差动、电抗器匝间。一套电抗器非电量WKB－802A/R1保护装置装设在A柜。电抗器保护均有许继公司提供。

1.2.2 5011DK断路器保护配置一套南瑞RCS－921A断路器保护及重合闸装置，一套SwitchsyncF236断路器分合闸角控制装置。

1.3 电抗器匝间保护原理

分相式电抗器由于其结构的特性，其故障形式主要为单相接地和匝间短路，当某一相短路匝数很少时，匝间短路引起的三相不平衡电流很小，很难被分相式纵向差动保护装置检测出。许继WKB801A微机电抗器零序功率方向匝间保护原理如下。

1.3.1 动作方程:|3U0－j3I0XL0|＞|3U0+j3I0XS0|

式中3U0为TV自产零序电压，3I0为电抗器首端TA自产零序电流，XL0为电抗器零序电抗，XS0为系统电抗。规定零序电流的正方向指向电抗器。

1.3.2 电抗器匝间短路如图1中K1

图2 内部短路

电抗器匝间短路时，零序源在电抗器内部，电抗器向系统送出零序功率，此时匝间保护测量到的零序电压3U0=－j3I0Xs0，保护的动作量为|3U0－j3I0XL0|=|－j3I0(XL0+Xs0) |，制动量为|3U0+j3I0Xs0)|为零。即使短路匝间很少时，由于电抗器零序电抗XL0很大，而系统零序电抗XS0较小，故保护的动作量远大于制动量，保护可以灵敏动作。

2 断路器控制器F236介绍

2.1 功能原理简介

5011DK断路器正常操作情况下(远方控制)由值长台NCS监控终端发出分合闸指令至5011DK断路器测控装置，经判别分合闸条件满足后传输指令进入断路器控制器F236装置，F236根据采集到的系统电压进行内部计算，其微处理器基准电压(A相)为零时，开启时钟，根据计算三相电流过零点时间依次发出分相操作指令。分相操作指令依次通过断路器操作箱、断路器机构实现分合闸操作。

F236根据设定模式进行工作，自适应模式时它记录每相开关执行结果，由控制器进行自动计算出下一次操作需要调节等待时间，并考虑与预期目标(分合闸时间定值)的偏离值。根据这些因素进行跟踪控制断路器，使断路器各相在预期相位下进行操作。F236固定模式相对简单，控制器根据输入的分合闸时间定值，在接收到分合闸指令时以固定的时间执行。

2.2 装置断路器参数定值整定

2.2.1 确定断路器分相操作或是三相联动

2.2.2 断路器电压等级及断路器结构特点

2.2.3 实测断路器分合闸时间

2.3 装置负载形式、投切方式整定

2.3.1 负载为电抗器或电容器，其接线方式

2.3.2 F236控制负载合闸、分闸或分合闸

2.3.3 电抗器电磁联系

根据断路器参数、投切负载形式、负载接线方式等综合因素进行选择断路器控制器F236整定方案。

3 存在问题原因分析及对策

保护动作后，立即组织人员对一次设备及相关记录数据进行分析，检查电抗器外观及绝缘测试未发现异常。通过查看录波文件，在开关合闸瞬间，电抗器C相电流畸变，出现很大的零序电流和零序电压。

3.1 原因分析

3.1.1 从动作时录波图(图3)明显看出断路器合闸三个周波后跳闸，断路器依次合闸顺序为A－B－C。AB相在电压峰值、电流过零点时合闸，C相在电压上升过程，C相电流不过零点合闸。

3.1.2 图3中AB相合闸后趋于稳定，C相合闸后电流偏向时间轴一侧，波形中含有大量高次谐波。3I0值一直没有衰减，一直大于动作值。根据当时零序分量值，满足|3U0－j3I0XL0|＞|3U0+j3I0XS0|。

图3 电抗器投入匝间保护动作时录波图

3.1.3 电抗器匝间保护动作后对匝间保护动作逻辑及动作值进行分析，保护逻辑正确，保护定值按网调定值单整定，也不存在问题。

3.1.4 为排除电抗器内部存在轻微匝间短路的可能，19日取变压器油样进行油色谱化验，绝缘油总烃含量与上次试验值无差异，排除电抗器内部匝间故障。

3.1.5 对图3断路器合闸时间分析可以看出，C相断路器合闸时间比预期合闸时间滞后3ms左右。电流值不在过零点时合闸引起电抗器充电电流中含有高次谐波。经对F236定值与现场电抗器接线实际对照，发现F236分合闸时间定值按三相三柱式有电磁耦合电抗器进行整定。而本电抗器为三相独立式、中性点直接接地、三相无磁路联系电抗器。因为有无磁路联系影响其他相合闸的预合闸时间，最终造成后合闸相不在预期点合闸。

3.2 解决对策

原因分析方向找到后，立即联系F236厂家技术人员进行咨询，实测断路器三相分、合闸时间，结合保护动作时的录波数据，按照F236技术说明书确定定值整定方案(表1)。定值修改后，申请调度再次投入电抗器，各方面显示正常。

表1 F236修改前后定值

从电抗器再次正常投入录波图看，断路器依次合闸顺序为A－C－B，AB相电压处于波峰、电流过零点时合闸，C相电压处于波谷，C相电流过零点时合闸。三相合闸延时依次为3.3ms。满足各相电流过零点时合闸。

4 总结

近年投产的高压电网新型设备较多，SwitchsyncF236合闸角控制装置就是其中之一。这类新设备原理新颖、操控时间更精密，控制得当可以提高电网运行可靠性，相反控制不当将会引起不可预计后果。这就需要广大继电保护工作者不断研究新原理，掌握设备性能，排查投运设备运行情况。由于我国能源分布与用电负荷地域性差异较大等诸多特点，超高压输电在电网中占比例越来越大，维护好高压输电网络具有举足轻重的作用。希望通过本文的分析，能起到借鉴作用，以期提高涉网设备安全。

［1］ABB.SwitchsyncF236控制器使用说明手册 5409 722－101E(版本3)说明书

［2］WKB－801A微机并联电抗器保护装置技术说明书2007版