特高壓直流換流變壓器勵磁涌流引起保護動作分析

陸 銳，朱志海，徐 晟，何海歡

（中國南方電網超高壓輸電公司廣州局，廣東廣州510663）

0 引 言

特高壓直流輸電工程兩端換流站均為雙極配置，每極采用雙12脈動閥組串聯結構。雙12脈動串聯閥組同時解鎖是實現800 k V額定直流電壓運行的直接方式，而換流變壓器的可靠性及可用性對于整個系統來說是很關鍵的［1］。而對于每個12脈動換流閥組，換流變壓器網側套管在網側接成Yn接線與交流系統直接相連，閥側套管在閥側按順序完成Y、Δ連接后與12脈動換流閥組相連，換流變壓器三相接線組別采用YNy0及YNd11接線。

由于換流變壓器的運行與換流變的換相所造成的非線性密切相關，所以換流變壓器在漏抗、絕緣、諧波、直流偏磁、有載調壓和試驗等方面與普通變壓器有著不同的特點［1］。但在換流變的保護配置方面，換流變壓器與傳統變壓器類似，也需要考慮換流變空載合閘時的勵磁涌流問題，只是其勵磁涌流是兩臺變壓器的。對于變壓器勵磁涌流特征的判別，主要有間斷角特征識別［2］、二次諧波識別［3］、波形相關度識別法［4，5］等，這些方法各有優缺點。由于二次諧波識別法在數字式保護中簡單易行，且有比較成熟的現場應用經驗，故目前國內外的微機變壓器保護中仍廣泛采用二次諧波制動方法［6］。換流變大差保護和換流變差動保護采用二次諧波識別法。

1 換流變勵磁涌流識別邏輯

換流變壓器及引線差動保護能反映換流變壓器內部相間短路故障、網側單相接地短路及匝間層間短路故障，既要考慮勵磁涌流和過勵磁運行工況，同時也要考慮TA異常、TA飽和、TA暫態特性不一致情況。由于換流變壓器聯結組不同和各側TA變比不同，換流變壓器各側電流幅值、相位也不同，差動保護需要消除這些影響。現有保護裝置都利用數字的方法對變比和相位進行補償來消除換流變壓器各側電流幅值相位差異。

換流變大差保護一般采用四側差動，采用的電流分別為換流變壓器各側電流互感器二次側的電流，保護的范圍包括引線和兩臺換流變區域，其連線方式如圖1所示。

換流變壓器空投時，三相勵磁涌流中往往有一相含有大量二次諧波，現場裝置多采用差動電流中的二次諧波含量來識別勵磁涌流。判別方法為

圖1 換流變及引線保護配置圖

式中，Iop.2為差流中的二次諧波；Iop.1為差流中的基波；K2為二次諧波系數。滿足條件后，采用“或”閉鎖方式，即一相閉鎖三相。換流變大差保護邏輯如圖2所示。

圖2 大差保護邏輯圖

2 換流變及引線差動保護動作分析

某換流站極2低端閥組由備用狀態轉為閉鎖狀態，合上閥組對應的邊開關5021后，SER發極2低端2套換流變保護系統的換流變及引線差動保護（87TC）外部保護跳閘，極2低端換流變開關5021斷路器保護跳閘，5021開關三相跳開。TFR錄波極2低端6臺換流變的網側電流如圖3所示，從上至下依次為YYA、YYB、YYC、YDA、YDB、YDC相的電流波形。

從上圖中可以看出，換流變壓器22T21的涌流中，C相最大，A相次之，B相幾乎沒有涌流；A、C兩相涌流都是比較標準的涌流波形，且都位于時間軸的一側；換流變壓器22T22的涌流中，A、B兩相涌流相當，C相涌流較大且都是比較標準的涌流波形，都位于時間軸的一側。由于故障錄波裝置沒有對20B01.A（即5021開關）旁的電流互感器T1進行錄波，對極2低端換流變壓器（Y／Y和Y／△）網側的兩組電流互感器進行電流合成，作為串中電流互感器的波形如圖4所示。

從合成的三相電流可以看到，C相電流已經超過保護動作值，且C相關于時間軸的對稱性最好。對上面星星接、星角接換流變壓器的各相電流波形進行分析，相應基波電流與二次諧波含量統計如表1所示。

表1 合閘后諧波含量

圖4 換流變充電電流波形

大差定值中的電流值都是以星變的二次額定電流Ie為基準的標么值。其中Ie是用系統參數中的“星變銘牌最大容量與其”和“星變網側一次電壓”及“引線一TA變比”按如下公式計算：

計算出的大差TA1側二次額定電流，且二次諧波含量默認為0.15。通過定值Sn=719.4 MVA、Un=564 k A、nTA=4 000，計算得Ie=0.1841，0.2Ie=0.2×0.1841=0.03682，換算到一次的電流為147.28 A。

對于換流變差動保護，通過計算換流變網側、閥星側和閥角側電流變化量的相量和，當差動量達到整定值時出口動作。上表中星星接、星角接換流變壓器的各相及A、B相大差差流二次諧波含量均超過定值15%，但A、B相的電流均小于保護動作值0.2Ie，不滿足差動保護判據的動作方程，A、B相無諧波制動。但C相電流的二次諧波含量低于定值15%，且電流值大于0.2Ie，差動保護動作條件滿足，因此在5021斷路器合閘過程中換流變大差保護跳閘出口。

3 換流變壓器勵磁涌流識別邏輯改進

通過上表統計得知，斷路器合閘后C相大差電流中二次諧波含量已低于定值15%，但C相星角變、星星變的二次諧波含量較大，當基波電流達到保護元件動作值時，大差保護邏輯中的二次諧波識別邏輯只對大差差流進行了判斷。由于換流變大差保護中的勵磁涌流出現對稱性涌流，造成大差差流二次諧波低于定值，導致大差保護動作。對此，考慮換流變壓器星星變、與星角變同時充電的情況，可以分相將星星變、星角變和大差差流二次諧波判別結果“或”門邏輯引入換流變大差保護的二次諧波判別中，優化的勵磁涌流識別邏輯圖如圖5所示。

圖5 優化的勵磁涌流識別邏輯圖

4 結 語

通過對換流變壓器大差保護配置及原理的介紹，分析實際工程中對換流變壓器充電時勵磁涌流識別邏輯的缺陷導致保護動作問題，通過將換流變每相星星變、星角變二次諧波判斷邏輯加入勵磁涌流識別判據，優化換流變壓器充電時勵磁涌流識別方式，通過工程實踐驗證了優化措施的正確性，可以提高高壓直流系統的運行穩定水平。

［1］趙畹君.高壓直流輸電工程技術［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［2］陳德樹，尹項根，張 哲，等.虛擬三次諧波制動式變壓器差動保護［J］.中國電機工程學報，2001，21（8）：19-23.

［3］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用［M］.北京：中國電力出版社，1996.

［4］安 源，劉家軍.一種基于波形相關分析識別變壓器勵磁涌流的方法［J］.繼電器，2007，35（18）：1-5.

［5］何奔騰，徐習東.波形比較法變壓器差動保護原理［J］.中國電機工程學報，1998，18（6）：395-398.

［6］楊曉薇，鄭 濤，許云雅，等.一種鑒別變壓器勵磁涌流和內部故障的新方法［J］.繼電器，2007，35（51）：15-20.