一起换流变大差保护加载合闸时二次谐波锁流失效分析

一起换流变大差保护加载合闸时二次谐波锁流失效分析

0换流变压器保护装置在高压直流压输电系统中，传输压变换装置是最重要的设备之一，这决定了设备的地位、设备制造技术的复杂性以及设备成本的高度几高。另外换流变压器的可靠性及可用性对于整个系统来说也是很关键的。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电力变压器有着不同的特点。因此,换流变压器保护装置与常规的电力变压器保护装置在保护配置上有很大的不同。换流变压器保护装置通常均配置有如下保护:换流变引线和换流变差动保护(文中以下称换流变大差保护)、换流变差动保护、引线差动保护、换流变绕组差动保护等。换流变大差保护和换流变差动保护一样,也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,这一点有别于一般的仅考虑一台变压器涌流的情况。变压器的励磁涌流特征十分复杂,关于如何识别涌流至今也提出了众多方法,有被广泛认可的二次谐波识别法、间断角特征识别、波形相关度识别法、引进直流分量的谐波识别法、附加差电流尖顶波的凹弧特征识别法、附加相位判别的二次谐波制动法,以及一些相关的二次谐波识别法等,它们各有优劣,而一些新方法也需接受实际工程应用的进一步考验。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。换流变大差保护和换流变差动保护采用的是二次谐波识别法。1交换变量大差异的保护分析换流变大差保护的保护范围涵盖了引线、星角变和星星变区内,如图1所示。1.1次谐波制动判别变压器空投时,三相励磁涌流中往往有一相或两相含有大量的二次谐波。但是,由于常规的变压器差动保护各侧电流采用的均为套管外CT,Y型侧电流要进行相位调整,相位调整后的电流因含有其他相电流,因此不再是真实的励磁涌流,电流中的二次谐波含量也会发生变化。常规的变压器空载合闸时采用相位调整前的电流计算二次谐波含量。由于换流变保护采用的是套管CT,所以不需要进行相位调整,因此差流中的二次谐波与相电流中的二次谐波大致相同,所以换流变差动保护仍然采用差流中的二次谐波进行判别,并且采用一相闭锁三相的逻辑。传统的换流变大差保护的励磁涌流闭锁逻辑与换流变差动保护相同。传统的换流变大差保护的二次谐波制动判别方程如下:式中:Iop.2为大差差流中的二次谐波;为大差差流中的基波;K2为可整定的二次谐波系数,Ie为大差保护使用的换流变额定电流。满足条件后,采用“或”闭锁方式(即一相闭锁三相)。传统的换流变大差保护的逻辑框图如图2所示。对于换流变大差保护来说,差动电流中包含的励磁涌流为星角变和星星变的励磁涌流之和。由于星角变、星星变各自的励磁涌流表现为很大的离散性和随机性,因此,其和电流的励磁涌流也表现为很大的离散性和随机性。对于如图1所示的换流变进行空载合闸时,均为星角变和星星变同时进行,当二者的励磁涌流方向相反时,换流变大差保护中的励磁涌流有可能出现对称性涌流或降低涌流特征,从而造成换流变大差保护误动作。以下一起换流变大差保护动作事件也说明了这一点。2两相涌流和换流后的涌流特征2009年12月3日,云广工程楚雄站极2高端换流变压器进行空载合闸试验过程中,串中断路器10B2.C(图3中标注部分)合闸后约900ms,换流变大差保护动作,跳开断路器;系统主接线图参见图3。由于现场的故障录波器没有对10B2.C中的电流互感器T1进行录波,我们对极2高端换流变压器(Y/Y和Y/Δ)网侧的两组电流互感器(12T11-T1/HV_IL和12T12-T1/HV_IL)进行电流合成,作为串中电流互感器的波形,如图4所示。从图4我们可以看到,换流变压器12T11的涌流中,C相最大,A相次之,B相几乎没有涌流;AC两相涌流都是比较标准的涌流波形,且都位于时间轴上部;换流变压器12T12的涌流中,BC两相涌流相当,A相涌流较小;BC两相涌流都是比较标准的涌流波形,且都位于时间轴下部;从合成的三相电流可以看到,C相电流的基波量值已经超过了保护动作值;且C相电流关于时间轴的对称性也最好,在合闸的第一个周波中(数据如表1所示),其二次谐波含量只有22.63%;从故障录波的数据进行分析,保护动作的过程应该是这样的:(1)断路器合闸后的初始阶段,换流变网侧出现涌流,由于网侧涌流波形非常标准,换流变压器差动保护被可靠制动;换流变大差保护虽然合成涌流波形不太标准,但其二次谐波含量依然超过整定值,大差保护被可靠闭锁(见图5[大差励磁涌流闭锁]标志)。(2)合闸后530ms时(数据如表2所示),C相电流中的二次谐波含量为14.88%,已经低于整定值15%,C相闭锁消失;由于AB两相中的二次谐波含量较大,且B相电流为302.5A,大于0.16Ie(由于CT变比为4000/1,Ie为0.384A,所以0.16Ie=0.16·0.384·4000=245.76A),大差保护仍然被B相谐波闭锁制动;(3)当合闸后880ms时(数据如表3所示),B相电流小于0.16Ie,B相谐波制动消失。C相电流量值仍然大于保护动作值,且C相电流的二次谐波含量低于整定值15%,因此换流变大差保护跳闸出口;此时,星角变、星星变的二次谐波含量仍然较大,换流变差动保护仍可靠制动。从本次保护动作的数据分析来看,对称性涌流是本次换流变大差保护动作的主要原因;虽然两台变压器的合闸角完全相同,但产生的涌流却相差很大,合成的涌流对称性较好,差流最大相的二次谐波闭锁功能基本上没有起作用。考虑到换流变产生涌流的各种因素,两台换流变压器剩磁的不同是产生对称性涌流的根本原因。3星星变和星角变比例差动的二次谐波的判别针对直流工程运行的特殊性,考虑到两台换流变压器的合闸角完全相同,在空充时,星星变和星角变的励磁涌流的