沈阳干式变压器原理之沈阳干式变压器匝间保护误动探讨

沈阳干式变压器原理之沈阳干式变压器匝间保护误动探讨
摘　要：ABB公司生产的SwitchsyncF236合闸角控制装置主要用于精准控制断路器分合闸时间，最大限度消除或限制分合闸时的暂态冲击电流。本文就SwitchsyncF236控制断路器分合闸的基本原理、沈阳干式变压器匝间保护原理进行简介，结合龙岗电厂500kV升压站（以下简称龙岗升压站）并联沈阳干式变压器充电过程出现问题及解决办法进行解析。

　　关键词：SwitchsyncF236沈阳干式变压器; 3/2接线; 匝间保护; 磁路

0 引 言
　　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，甚至严重者造成断路器爆炸、影响电网输送电压质量，沈阳干式沈阳变压器厂家变压器投切控制得当与否决定电网安全运行。由此可见沈阳干式变压器投切过程更需要精准控制分合闸时间消除暂态冲击。近期龙岗升压站并联沈阳干式变压器充电时因SwitchsyncF236控制器合闸时间不当引起沈阳干式变压器匝间保护误动，本文就龙岗升压站沈阳干式变压器合闸波形进行分析。希望对SwitchsyncF236用户起到借鉴作用，以期提高涉网设备安全。

1 SwitchsyncF236原理
　　1.1功能原理简介
　　总体而言其功能原理就是SwitchsyncF236保留来自控制系统的操作命令，SwitchsyncF236采集系统电压，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进行合闸。

SwitchsyncF236根据设定模式进行工作，自适应模式时他记录每极开关执行结果，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，使断路器各极在预期相位下进行操作。SwitchsyncF236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。
　　1.2 装置定值整定
　　1.2.1 断路器参数
　　1）确定断路器分相操作或是三相联动
　　2）断路器电压等级及断路器结构特点
　　3）实测断路器分合闸时间　

1.2.2 负载形式、投切方式
　　1）负载为沈阳干式变压器或电容器，其接线方式
　　2）SwitchsyncF236控制负载合闸、分闸或分合闸
　　3）沈阳干式变压器电磁联系
　　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SwitchsyncF236整定方案。
　　
2 沈阳干式变压器保护构成及控制方式
　　2.1 工程简介
　　龙岗升压站采用双母线布局，两回出线、两台660MW机组接入本站，采用3/2接线方式。全站设一组三相独立式沈阳干式变压器，沈阳干式变压器通过5111DK开关投切于I母。
　　
2.2 保护配置
　　1）500kV沈阳干式变压器设计两套沈阳干式变压器主、副沈阳干式变压器量保护，两套保护实现双重化配置。第一套保护即A柜装设WFB-802A/F速断过流保护,WKB-801A沈阳干式变压器差动、沈阳干式变压器匝间。第二套保护即B柜内设计WFB-802A/F速断过流保护,WKB-801A沈阳干式变压器差动、沈阳干式变压器匝间。一套沈阳干式变压器非电量WKB-802A/R1保护装置装设在A柜。沈阳干式变压器保护均有许继公司提供。
　　
2）5111DK断路器保护设计一套南瑞RCS-921A断路器保护及重合闸装置，一套SwitchsyncF236用于分合闸角控制装置。
　　
2.3 沈阳干式变压器匝间保护原理
　　分相式沈阳干式变压器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，很难被保护装置检测出，而分相式纵向差动不反应匝间短路故障，许继WKB801A微机沈阳干式变压器比幅式零序方向原理匝间保护原理如下。
　　1）动作方程：|3U0-j3I0XL0|>|3U0+j3I0XS0|
　　式中3U0为TV自产零序电压，3I0为沈阳干式变压器首端TA自产零序电流，XL0为沈阳干式变压器零序电抗，XS0为系统电抗。
　　
2）沈阳干式变压器匝间短路如图1中K1
　　沈阳干式变压器匝间短路时，沈阳干式变压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，由于沈阳干式变压器零序电抗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。
　　
2.4 断路器控制设计
　　5111DK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5111DK断路器测控装置，经判别分合闸条件满足后传输指令进入SwitchsyncF236装置，SwitchsyncF236根据采集到系统电压进行适时发出分相操作指令。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。
　　
3 数据分析
　　3.1 波形图采集
　　1）沈阳干式变压器投入系统匝间保护动作波形图。如图2
　　2）沈阳干式变压器正常投入系统波形图。如图3
　　
3.2 波形分析
　　1）图2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。A\B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。
　　2）图2中A\B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|。
　　3）图3断路器依次合闸顺序为A-C-B，A\B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） 图3中A\B\C相电流均未出现畸变。3I0只在三相非全相运行时产生，三相成功合闸后3I0非常小。
　　
4 问题根源及处理
　　4.1 问题查找
　　1）沈阳干式变压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。
　　2）对沈阳干式变压器各相绝缘油进行化验，绝缘油总烃含量与上次试验值无差异，排除沈阳干式变压器内部匝间故障。
　　
3)对图2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沈阳干式变压器充电电流中含有高次谐波。经对SwitchsyncF236定值与现场沈阳干式变压器接线实际对照,发现SwitchsyncF236分合闸时间定值按三相三柱式有电磁耦合沈阳干式变压器进行整定。而沈阳干式变压器为三相独立式、中性点直接接地、三相无磁路联系沈阳干式变压器。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。
　　
4.2 处理方法
　　1）将SwitchsyncF236原自适应模式下存储断路器分合闸时间清空。
　　2）实测5111DK断路器分合闸时间值作为SwitchsyncF236定值依据。
　　3）查找SwitchsyncF236技术说明书确定整定方案。修改前后定值见表1
　　
5 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孜孜不倦的研究新原理，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。