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  应用科技  2017, Vol. 44 Issue (5): 75-78  DOI: 10.11991/yykj.201608020
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引用本文  

陈伟民, 楚金伟, 周海滨, 等. 换流站交流滤波器保护动作异常的分析研究[J]. 应用科技, 2017, 44(5), 75-78. DOI: 10.11991/yykj.201608020.
CHEN Weimin, CHU Jinwei, ZHOU Haibin, et al. Analysis and research on protection misoperation of AC filter in the converter station[J]. Applied Science and Technology, 2017, 44(5), 75-78. DOI: 10.11991/yykj.201608020.

基金项目

南方电网重大科技专项(WY-KJXM-20150902)

通信作者

陈伟民, E-mail:hustchenweimin@126.com

作者简介

陈伟民(1987-), 男, 工程师

文章历史

收稿日期:2016-08-31
网络出版日期:2017-04-24
换流站交流滤波器保护动作异常的分析研究
陈伟民, 楚金伟, 周海滨, 张长虹, 黎卫国    
中国南方电网有限责任公司 超高压输电公司检修试验中心, 广东 广州 510663
摘要:为深入诊断某±500 kV换流站切除交流滤波器时发生的小组断路器重击穿故障,就保护装置的比例差动保护动作、零序差动保护动作进行了分析研究。通过查证SER(sequence event record)报文、故障电流录波、保护录波,推定分析该小组交流滤波器的首、尾端电流互感器因暂态特性不一致导致了传动差异,引发相应的保护出口。并据此提出针对性的反事故措施,既要提高断路器设备的内绝缘能力,又要注意调整匹配首、尾端CT的二次回路及励磁特性,避免其二次输出值产生差流而导致保护误动作,以减少类似故障造成的电力系统安全隐患。
关键词换流站    交流滤波器    断路器    重击穿    电流互感器    暂态特性    比例差动保护    零序差动保护    
Analysis and research on protection misoperation of AC filter in the converter station
CHEN Weimin, CHU Jinwei, ZHOU Haibin, ZHANG Changhong, LI Weiguo    
Maintenance & Test Center, EHV Power Transmission Company, Guangzohou 510663, China
Abstract: In order to diagnose the repeated breakdown fault of AC filter sub-bank circuit breaker in a ±500 kV converter station, the leading proportional differential protection and zero sequence differential protection at the moment was analyzed, and it was found that transmission difference was induced by inconsistency of transient characteristics between the initial current transformer and ending current transformer of 563 AC filter, which lead the operation of corresponding protection, through presumption of checking SER(sequence event record) message, fault current recording, and protective recording. According to that, specific anti-accident measures are put forward, which requires improvement the internal insulation ability of circuit breaker, and in the meanwhile, attention should be paid to the matching of secondary loop and excitation characteristic in initial current transformer and ending current transformer, which is helpful for avoiding the differential value of secondary output current that will cause misoperation of the protection, in order to reduce the power system security risks caused by the similar failures.
Key words: converter station    AC filter    circuit breaker    repeated breakdown    current transformer    transient characteristics    proportional differential protection    zero sequence differential protection    

换流阀在运行中需要消耗大量无功并分别在交、直流侧产生大量谐波,对运行中的电气设备产生危害和通信干扰。为了尽量保持系统无功平衡并消除谐波,换流站需要在交流侧加装无功补偿和滤波装置,由电容器组、电抗器、避雷器、电阻器和测量装置组成交流滤波器,提供低阻抗通道来吸收一种或多种谐波电流[1-8]

1 故障概状

某±500 kV换流站在调整直流输送功率时,自动无功控制切除小组交流滤波器,导致了该滤波器B套保护比例差动保护动作、零序差动动作,A套保护启动但未动作。该小组交流滤波器为HP3型,容量为160 Mvar,现场接线方式见图 1

图 1 交流滤波器接线图

某±500 kV换流站切除563交流滤波器时,对应的563断路器B相断开8.5 ms左右后高压侧出现峰值为4 512 A的一次电流、低压侧出现峰值为12 203 A的一次电流,A、C相最大一次电流峰值为45 A,故障录波见图 2

图 2 故障录波

563交流滤波器A套保护启动但未动作,B套保护比例差动保护动作、零序差动动作,导致了563交流滤波器保护的“跳开关”动作出口。

2 原因分析 2.1 CT暂态特性不一致的推定

此次故障的根本原因是563断路器B相有重击穿迹象,导致了电流值异常[9-13],引发保护装置报警、动作。

故障发生时的事件顺序记录,即SER(sequence event record)报文中发现了报警信号“零序过流I段起动出现”,也表明是单相故障引起的零序电流出现,引发保护系统告警。但是,根据图 1中该交流滤波器的现场布置,563断路器未包含在首、末端CT的覆盖测量区域内,SER报文中“零差起动出现”、“比例差动出现”、“跳开关出现”属于异常状况。进一步导致比例差动保护动作以及零序差动动作的原因可能为首、末端CT的二次回路或励磁特性存在差异[14-18],导致其暂态特性不一致,引起了传变差异。该推定与故障录波情况一致,选取故障录波的主要波形通道,进行比对分析,563断路器高、低侧的电流差值明显,见图 3

图 3 主要波形通道

为进一步验证CT暂态特性不一致导致了保护动作异常,还需要结合此次故障的保护动作情况开展研究分析。

2.2 保护动作的分析

参照比率差动保护动作方程

$ \left\{ \begin{array}{l} {I_d}{\rm{ > }}{I_{cdqd}}, 0\mathit{ < }{I_r} \le {I_\alpha }\\ {I_d}{\rm{ > }}{k_{bl}}{I_r}, {I_\alpha } \le {I_r} \end{array} \right. $ (1)
$ \left\{ \begin{array}{l} {I_d} = \left| {{{\dot I}_1} + {{\dot I}_2}} \right|\\ {I_r} = \left| {{{\dot I}_2}} \right|\\ {I_\alpha } = \frac{{{I_{cdqd}}}}{{{k_{bl}}}} \end{array} \right. $ (2)

式中:I1为滤波器首端电流调整电流;I2为滤波器尾端电流调整电流;Icdqd为比率差动起动定值,该滤波器为0.33 IeId为差动电流;Ir为制动电流;kbl为比率制动系数整定值,装置内部固化为0.5。

故障发生时,563交流滤波器500 kV 563交流滤波器A套保护检测到B相测量值存在0.340~0.406 Ie的差流,A、C相差流趋近于0,B相差流与零序差流波形一致,满足交流滤波器差动启动定值,但大于启动定值的差流持续时间仅为4.5 ms,不满足需保持10 ms滤波器保护动作定值,差动保护及零序差动保护正确不动作,录波情况见图 4

图 4 A套保护中B相差流及零序差流波形

B套保护检测到B相测量值存在0.336 Ie~0.551 Ie的差流,A、C相差流趋近于0,B相差流与零序差流波形一致。B相差流及零序差流大于交流滤波器差动启动定值0.33 Ie,差动保护及零序差动保护启动。

根据录波数据及计算可知Id=0.425、Iα=0.387、Icdqd=0.194、Ir=0.173,满足保护动作方程,且持续时间为22 ms左右,大于10 ms滤波器保护动作定值,比率差动保护正确动作,录波情况见图 5

图 5 B套保护中B相差流及零序差流波形

参照零序比率差动保护动作方程:

$ \left\{ \begin{array}{l} {I_{0d}}{\rm{ > }}{I_{0cdqd}}, 0\mathit{ < }{I_{0r}} \le {I_\alpha }\\ {I_{0d}}{\rm{ > }}{k_{bl}}{I_{0r}}, {I_\alpha } \le {I_{0r}} \end{array} \right. $ (3)
$ \left\{ \begin{array}{l} {I_{0d}} = \left| {{{\dot I}_{01}} + {{\dot I}_{02}}} \right|\\ {I_{0r}} = \max \left\{ {{{\dot I}_{01}}, {{\dot I}_{02}}} \right\}\\ {I_\alpha } = \frac{{{I_{0cdqd}}}}{{{k_{bl}}}} \end{array} \right. $ (4)

式中:I01为滤波器首端的自产零序调整电流;I02为滤波器尾端的自产零序调整电流;I0cdqd为零序比率差动起动定值,本滤波器为0.33 IeI0d为零序差动电流;I0r为零序差动制动电流;Kbl为比率制动系数整定值,装置内部固化为0.5。

图 4中,A套保护中563 B相差流与零序差流波形一致,保护启动但持续时间小于差动保护动作反应时间。图 5中,B套保护中563 B相差流与零序差流波形一致,根据录波数据及计算可知I0d=0.425、Iα=0.387、I0cdqd=0.194、I0r=0.520,满足保护动作方程,且持续时间为22 ms左右,大于差动保护启动定值,零序差动保护正确动作。

对进入563交流滤波器两套保护装置的波形分别进行分析,见图 67

图 6 A套保护比率差动波形分析
图 7 B套保护比率差动波形分析

图 67中,纵坐标为工频基波有效值,单位为Ie;横坐标为采样点数,间隔为208 μs;线1为比率差动动作门槛,线2为差流,线3表示首端B相调整电流,线4为尾端B相调整电流。

在区间74~98,从563断路器跳开电流后约5 ms,首尾端B相调整电流近乎为0;接着,在区间98~290,滤波器脉冲性对外放电,电流峰值超过12 000 A,反应到两套保护装置上均是首尾端调整电流均快速上至约0.58 Ie,差流接近0。

对于A套保护,在区间290~395,其首端B相电流和尾端B相电流出现了传变不一致。在区间290~372内,其产生的差流低于比率差动动作门槛值;在区间373~395内,其产生的差流超过比率差动动作门槛值;但持续时间低于5 ms,没有满足比率差动保护动作条件,零序差动保护的动作与之类似,因此A套保护启动但没有动作出口。

对于B套保护,在区间290~395,其首端B相电流和尾端B相电流也因CT的传变差异,产生了超过比率差动动作门槛的差流,且持续超过20 ms,满足比率差动保护动作条件,零序差动保护的动作与之类似,因此B套保护的比率差动保护与零序差动保护动作出口。

3 结论

1) 基于故障录波的分析,在该次保护动作异常故障中,从563断路器开断电流后约5 ms,首、尾端B相调整电流近乎为0;随后滤波器脉冲性对外放电,电流峰值超过12 000 A,反应到两套保护装置上均是首尾端调整电流均快速上至约0.58 Ie,差流接近0。

2) 基于保护录波的分析,在B套保护中,B相首端电流和尾端电流产生了超过比率差动动作门槛的差流,持续超过20 ms,满足比率差动保护动作条件,比率差动保护动作出口正确。

3) 基于综合分析,563断路器B相出现故障后,定值为ms级比例差动迅速动作,是符合保护逻辑的。引发此次保护动作的原因为首、尾端CT暂态特性不一致。

4) 为防范类似故障的再次发生,一方面需要提高断路器设备的内绝缘能力,从根本上减少重击穿引起电流异常的概率;另一方面需要调整匹配首、尾端CT的二次回路及励磁特性,避免其二次输出电压发生严重的畸变,导致保护装置误动作而影响电力系统的安全稳定性。

参考文献
[1] 赵畹君. 高压直流输电工程技术[M]. 北京: 中国电力出版社, 2004. (0)
[2] 黄莹, 黎小林, 饶宏, 等. 云广±800 kV直流输电工程交流滤波器设计关键问题研究[J]. 南方电网技术, 2010, 4(2): 67-71. (0)
[3] 吴国沛, 任震, 唐卓尧. 高压直流输电系统双调谐滤波器特性研究[J]. 电网技术, 1999, 23(8): 32-34. (0)
[4] 肖遥. 双调谐滤波器和三阶滤波器的参数计算[J]. 湖北电力, 2000, 24(2): 5-6. (0)
[5] 吴庆范, 黄金海, 张爱玲, 等. 溪洛渡-浙江±800 kV特高压直流输电工程直流保护系统实施策略及其仿真试验研究[J]. 电力系统保护与控制, 2015, 43(1): 115-121. DOI:10.7667/j.issn.1674-3415.2015.01.020 (0)
[6] 李豹, 马业林, 熊双成, 等. ±800 kV特高压直流保护优化研究[J]. 电力系统保护与控制, 2014, 42(16): 71-75. DOI:10.7667/j.issn.1674-3415.2014.16.012 (0)
[7] 朱韬析, 王超. 广州换流站交流滤波器运行中存在的问题[J]. 电力设备, 2007, 8(10): 66-68. (0)
[8] 文继锋, 陈松林, 李海英, 等. 交流滤波器保护配置和实现[J]. 电力系统自动化, 2006, 30(2): 109-112. (0)
[9] 刘晓明, 曹云东, 王尔智. 高压SF6断路器电弧与气流相互作用研究[J]. 中国电机工程学报, 2005, 25(7): 151-155. (0)
[10] 林福昌. 高电压工程[M]. 北京: 中国电力出版社, 2007. (0)
[11] 林莘. 现代高压电器技术[M]. 2版. 北京: 机械工业出版社, 2011. (0)
[12] 黎斌. SF6高压电器设计[M]. 3版. 北京: 机械工业出版社, 2010. (0)
[13] 张丽娜, 隋少臣. 500kV SF6断路器故障分析[J]. 高压电器, 2002, 38(6): 59-60. (0)
[14] 杨洋, 黄文龙, 郭锐, 等. 一起罕见的电容式电流互感器缺陷的发现和分析[J]. 电力电容器与无功补偿, 2012, 33(1): 84-87. (0)
[15] 陈建玉, 孟宪民, 张振旗, 等. 电流互感器饱和对继电保护影响的分析及对策[J]. 电力系统自动化, 2000, 24(6): 54-56. (0)
[16] 李艳鹏, 侯启方, 刘承志. 非周期分量对电流互感器暂态饱和的影响[J]. 电力自动化设备, 2006, 26(8): 15-18. (0)
[17] 李旭, 黄继东, 倪传坤, 等. 不同电流互感器混用对线路差动保护的影响及对策的研究[J]. 电力系统保护与控制, 2014, 42(3): 141-145. DOI:10.7667/j.issn.1674-3415.2014.03.023 (0)
[18] 胡云, 于跃海, 任立平, 等. 电子式互感器暂态性能测试方法的研究[J]. 电气开关, 2012, 50(2): 54-56, 59. (0)