高压直流输电系统交流滤波器元件过负荷保护分析.pdf

2 0 1 5年第 6期 上海电力 4 3 数谐波 的 目的。优 先 级顺 序 为 H P 1 2 2 4， S C D， S C。交流滤波器组的主接线图见 图 1 。在交流滤 波器中， 电抗器是一个所必不可少的电气原件 ， 它 和 电阻器 、 电容器共同组成了滤波 回路 ， 滤除各种 谐波电流。电抗器的作用是限制滤波器在投切过 程 中产生的冲击 电流。 1 2 交流滤波器过负荷保护配置 在交流滤波器保护 中配置了电抗器过负荷保 护用于保护电抗器 ， 保护装置内部将 流过交流滤 波器 中电抗器的电流根据系统设置的发热频率效 应系数转化为等效的工频热效应 电流。只要任一 相交流滤波器 电抗器的工频热效应电流高于定时 限过负荷保护定值 ， 就会 出口动作跳 开断路器三 相 。 华新站交流滤波器元件过负荷保护分为 ： 交 流滤波器 L 1电抗 谐波过负荷保 护 、 交 流滤波器 L 2电抗谐波过负荷保护 、 交流滤波器电阻 R过负 荷保护。其中 1 2 2 4型滤波器组保护配置如下图 2所示 F1 图 2 1 2 2 4型 交 流 滤 波 器 组保 护 配 置 交流滤波器 L 1电抗谐波过负荷保护 ： 保护实 测 1 3与 T 4的电流差值 的有效值 ， 并计算热等效 电流。单相电流大于 4 2 2 A时报警 ； 大于4 3 3 A时 延时 4 0 m i n跳 闸； 大于 4 3 5 A时延时 3 s直接跳 闸。 交流滤波器 L 2电抗谐波过负荷保护 ： 保护实 测 电流有效值 ， 并计算热等效电流。单相 电流 大于 4 9 6 A时报警 ； 大于 5 1 2 A时延 时 4 0 m i n跳 闸； 大于 5 l 4 A时延时 3 s 直接跳闸。 交流滤波器 电阻 R过负荷保护 ： 保护实测 T 4 电流有效值 ， 并计算热等效电流。单相 电流大于 4 6 A时报警 ； 大于 4 8 2 A时延时 4 0 m i n跳闸； 大 于 4 8 8 A时延时 3 S 直接跳闸。 2 交流滤 波器投切对元件过负荷 的影响 2 1 无功控制模式在手动模式下进行交流滤波 器 投 切 华新站运行规程 中规定 ： 手动投切交 流滤波 器或并联电容器时应先注意系统电压情况 ， 检查 需投入的滤波器是否可用 ， 再遵循“ 先投后切” 的 原则 ； 同时选择新投入的滤波器 时要考虑三个交 流滤波器大组所投 的交流滤波器 组数应基本均 匀。因此 ， 在手动模式下 ， “ 先投后 切” 的原则确 保了在当时的直流负荷 和系统运行方式 下， 在切 除交流滤波器前 ， 先手动投入备用交流滤波器 ， 从 而避免出现因突然失去一组交流滤波器而使得在 运行交流滤波器上的电流急剧增加 ， 从而达到电 抗器过负荷保护定值而跳 闸， 最终导致 因失去绝 对最小滤波器组数致使直流双极闭锁的情况。 2 2 无功控制模式在 自动模式下进行 交流滤波 器投切 若运行中的某小组交流滤波器出现故障跳 闸 的情况时 ， 按照华新站无功控制软件 的设定 ， 备用 交流滤波器会迅速投人。然而是否会出现同葛洲 坝站一样在备用交流滤波器还未及时投入的情况 下 ， 在运滤波器因电抗器过负荷保护先动作而退 出运行 ， 还得通过查找 H i D r a w软件 图， 分别找 出 交流滤波器 自动投切逻辑 图中投入备用滤波器的 延时时间以及交流滤波器 电抗器过负荷保护逻辑 图中的保护动作时间。 从 图 3中可 以看 出， 在华新站的软件设定 中， 系统发 出投入滤波器 的命令后 ， 延时 0 4 S自动 投入备用滤波器。华新站交流滤波器场的断路器 为 A B B公 司的 H P L 5 5 0 B 2型断路器 ， 通过查阅 试验报告 ， 断路器合 闸的 固有 时 间约为 6 0 ms 。 因此整个交流滤波器的投入过程不超过约 0 5 s 。 交流滤波器 电抗器 过负荷保 护逻辑 图如 图 4所 示。交流滤波器电抗器过负荷保护动作时间定值 如图 5所示。 从图 4 、 图 5中可以看出， 华新站 的软件设定 中， 电抗器 过负荷保 护 I 段 动作延 迟 时间为 4 0 m i n ( 电流大于 4 3 3 A时) ， I I 段动作延迟时间为 3 S ( 电流大于 4 3 5 A时) 。 2 0 1 5年第 6期 上海电力 4 5 OVERL OAD P RoT De f a u l t s e t t i n g p a r a me t e r s ( A r ms ) 图 5 交流滤波器 电抗器过负荷保护动作时间定值 3 各工况下交流滤波器元件过负荷情况 分析 3 1 华新站实际运行 工况下交流滤波器元件 的 有效 电流 华新站满负荷 ( 3 0 0 0 M W) 运行时， 监视流过 1 2 2 4交流滤波器组 L 1 、 L 2和 R 1的电流有效值 。 流过 L l的电流有效值约为 2 5 4 A左右， 流过 L 2的 电流有效值约为 2 7 4 A左右 ， 流过 R1的电流有效 值约为 1 4 A左右。均与跳闸定值有较大的差值。 为更好的分析系统 中背景谐波变化对滤波器 元件运行 电流的影响 ， 在华新站运行工况保持不 变( 双极大地 回线 ， 3 0 0 0 MW) 时， 每隔 4 h记 录一 次 5 6 1 1 、 5 6 2 2两组 1 2 2 4交流滤波器元件热等效 电流值 ， 连续记录4 8 h ， 以便判断峰谷等不同时段 流过滤波器元件 的电流是否有 明显变化 ( 见表 1 和表 2 ) 。 依据表 1 和表 2 ， 满负荷运行时， 华新站交流 滤波器 u 、 L 2、 R上热等效电流基本稳定 ， 可以据 此判断 ， 背景谐波没有太大变化 ， 稳定运行时滤波 器元件的热等效电流离跳 闸定值差距较 大， 无 动 作可能。 3 2 华新站绝对最小滤波器情 况下交流滤波器 元件的有效电流 考虑极端工况 ： 华新站满负荷运行时 ， 投入全 部 5组交流滤波器 ， 其中“ 绝对最小滤波器 ” 条件 要求至少投入 3组交流滤波器。假设此时有 2组 交流滤波器 由于故障无法投入 ， 仅维持绝对最小 滤波器所要求 的 3组滤波器投入 ， 是否有可能引 发过负荷保护动作跳闸。 已知常规直流输电工程设计的计算模型如图 6所示 。 表 1 5 6 1 1滤波器 L 1 、 L 2 、 R热等效 电流连续 4 8 h观 测值 4 6 上海电力 2 0 1 5年第 6期 l 谐波源 l 滤波器阻抗 流系 阻抗 罔 6 交 流 滤 波 器 计 算 模 型 可以简单推出以下计算公式 U = Z r n Z I c ( Z f n + Z ) ， = Z f X， ( Z f +Z ) ， f n =Z X l , ：n ( Z f n + Z ) 其中 ， 为换流器发出的谐波电流 ， z 为交流 系统 的阻抗 ， ， 为流人交流系统 的谐波 电流 ， 为交流母线谐波电压 ， 为投入 的交流滤波器的 总阻抗 ， ， f 为流入滤波器的谐波电流。则可 以看 出当投入的滤波器组数不同时会引起谐波电流变 化 。 设每组滤波器的阻抗均一致 ， 为 z 则投入 5组滤波器 时， 流人每组 滤波器上的谐波 电流 ， 为 ： ， = Z s XI c ( Z +5 Z ) 投入 3组滤波器时， 流人每组滤波器上的谐 波电流 ， 为 ： I b = Z 。 I s 。 ( Z +3 Z ) ， b = ， a X( Z + 5 Z ) ( z + 3 Z ) ， I J ， 5 3 即满负荷只投入 3组滤波器时 ， 可以估计 ， 流 过每组滤波器 L l 、 L 2 、 R上 的电流值要小于正常 时的5 3 。此时流过 L l 的热等效电流 2 5 4 5 3= 4 2 3 3 A， 流过 L 2的热等效电流 2 7 4 X 5 3= 4 5 6 6 A， 流过 R l 的热等效电流 1 4 X 5 3= 2 3 3 A。均小于跳闸定值 。 因此若满负荷时仅能够满足“ 绝对最小滤波 器” 条件 的 3组交 流滤波器投 入要求 ， 也不会引 发交流滤波器元件过负荷保护动作跳 闸。 4改进及 建议 通过对交流滤波器 电抗器 自身的特性和过负 荷保护的原理进行分析后 ， 我们可以知道 2 0 0 7年 2月 2 6日葛洲坝双极 闭锁 ， 交流滤波器电抗 器本 身和过负荷保护都没有问题 ， 而是无功控制逻辑 和过负荷保护之间的时间配合问题是此次双极闭 锁的重要原因。因此通过对过负荷保护 I段增加 延时 ， 使之能更好 的配合 ， 避开无功控制 自动投滤 波器的时间延时。 1 )对于交流滤波器合 闸冲击 时产生 的冲击 电流 ， 可以根据电抗器的耐受水平 ， 判断能否使用 电抗器过负荷延 时值 的设定来 躲开该 冲击 电流 。 若两者时间相近或过负荷保护的延时时间小于交 流滤波器的合闸时 间， 则必须对软件进行修 改使 得两者能更好的配合。华新换流站设置的电抗器 过负荷 I I 保护延时为 3 s ， 交流滤波器的合 闸时间 约为 0 5 S 。 2 )为避免类似的情况再次发生 ， 可以对交流 滤波器保护 、 无功控制逻辑及其配合进行进 一步 研究。在手动切除交流滤波器时一定要遵循“ 先 投后切” 的原则 ， 现场检查先 投入的交流滤波 器 运行正常 ， 且直流系统运行稳定 的情况下再切除 相应的交流滤波器 ， 相 同型号 的交流滤波器先投 2 0 1 5年第 6期 上海电力 4 7 电流互感器特性分析及应用 吴猛 天刁 五 ( 华东送变 电工程公 司 ， 上海2 0 1 8 0 3 ) 摘要 ： 对 工程 中使用 的电磁 式 、 穿 心式 及电子式 电流互感器 的原理 以及应用展开详 细阐述 ， 从 等效电路 图、 磁芯特性、 一次故障及二次输出全方位分析互感器的特性。通过研究各种互感器的原理， 进而对比不同类型 互感器在实际应用中的优点与缺陷。根据现场对电磁式电流互感器测试 ， 分析其 1 0 误差曲线原理并给出 解决误差过大 的方案 。 关键词 ： 电流互感器 ； 磁芯特性 ； 罗氏线圈 ； 1 0 误差 曲线 中图分类号 ： T M4 5 2 文献标 志码 ： B 0引言 1 电磁式 电流 互感器 当今电网趋向大容量、 特高压 、 数字化通信和 输配 电智化能控制 的发展与建设 。电流互感器 ( e u e n t t r a n s r me r ，C T ) 被广泛用 于电力系统一 次设备运行监测 、 计量 、 保护等 ， 配合继 电保护装 置可以实现电网的继 电保护和调度 自动化。电网 的发展对二次设备精确度 、 可靠性 的要求在不 断 提高 ， 而二次设备 的工作环境越来越苛刻 J 。在 此背景下 ， 新 的互感器技术不断涌现 ， 各种新技术 被开发出来 并应用 到工程 中。从 电磁 式到穿心 式 ， 再到最新 的电子式互感器 ， 不断涌现出新 的、 更可靠 的、 更准确 的测量技术。 本文就各类 电流互感器 的特性进行详 细分 析与研究 ， 进 而 比较其优 缺 点。分 析互 感器 的 最佳应用场合 ， 为 电气设 计人 员及 试验 人员 提 供参考。 电磁式电流互感器属于最早 的一类 ， 只适用 于交流电场合 ， 相 当于一个升压变压器， 一次侧与 主回路串联 ， 磁通在一个封闭的磁环中形成 回路 ， 将电信号传递到二次侧 。对于这类电流互感器的 特性要求相关指标为 ： 误差 曲线 、 磁饱和 、 磁滞 、 变 比、 直流 电阻、 极性等。 1 1 磁芯磁滞 回线 对于电磁式互感器 ， 磁 芯材料 的选取应与匝 数匹配。匝数少 ， 则漏抗大； 匝数多 ， 则磁通密度 大。磁通密度越大 ， 铁芯越容易产生磁饱 和。互 感器的漏抗过大 ， 会导致磁通损耗增大， 变比难以 和匝数比对应 ， 产生测量误差 J 。各种电磁器件 对磁滞回线的要求不同， 因此衍生 出多种磁芯材 料 ， 例如冷轧硅钢片、 铁氧体 、 非晶、 微晶以及超微 晶等磁性材料 。铁芯磁滞 回线如图 1所示 ， 若 先退。运行中的交流滤波器组退 出运行后 ， 再次 投入运行时 ， 至少要等待 1 0 m i n 。避免人为失误 引起直流系统闭锁 。 3 )电抗器上的合闸冲击电流会根据断路器合 闸瞬间电压的幅值大小不同而变化( 合闸时电压幅 值越大 ， 冲击电流越大) ， 因此可以考虑在交流滤波 器小组断路器上增加同期合闸角装置 ， 使得在 电压 较低的位置选择合闸， 从而减小合 闸冲击电流。 5 结语