2 换流变大差保护励磁涌流识别的思考

第39卷第20期电力系统保护与控制Vol.39 No.20 2011年10月16日Power System Protection and Control Oct. 16, 2011 换流变大差保护励磁涌流识别的思考

张红跃

（许继电气股份有限公司，河南 许昌 461000）

摘要：传统的大差保护一般采用差流中的二次谐波作为空载合闸时励磁涌流的闭锁条件，但对于两台换流变压器并联空载合闸的运行工况未充分考虑。分析了一起用于超高压直流输电工程的换流变大差保护空载合闸时的误动事例，通过分析换流变回路各相励磁涌流的特征，以及大差动回路合成电流的特征，指出大差保护误动的原因是星星变和星角变励磁涌流相互抵消引起大差保护二次谐波闭锁判据失效。通过引入换流变星星变和星角变的差流谐波闭锁判据，与大差的差流谐波闭锁判据构成“与”逻辑，使该问题得到了很好地解决。

关键词：换流变压器；换流变大差保护；空载合闸；励磁涌流；对称性涌流

Thinking of converter connection-transformer differential protection’s

magnetizing inrush current judgement

ZHANG Hong-yue

（XJ Group Corporation，Xuchang 461000，China）

Abstract：The traditional converter connection-transformer differential protection uses the second harmonic of differential current as the blocking condition of magnetizing inrush current when no-load closing. But it doesn’t consider the running condition of no-load closing in the two converter transformer parallel operation. Through the maloperation event of converter connection-transformer differential protection in no-load closing in Yunguang converter station，this paper analyzes magnetizing inrush currents characteristics in the converter transformers，and the synthesizing current characteristics of converter connection-transformer differential protection. It is pointed out that the reason of this event is that the magnetizing inrush current of star transformer and star-angle transformer cancel out each other，which causes an invalid second harmonic blocking criterion. This paper introduces the differential current harmonic blocking criteria of star transformer and star-angle transformer to construct an “and” logic with the criterion of converter connection-transformer，which solves the problem.

Key words：converter transformers；converter connection-transformer differential protection；no-load closing；magnetizing inrush current；symmetrical inrush current

中图分类号： TM772 文献标识码：B 文章编号： 1674-3415(2011)20-0151-04

0 引言

在特高压直流输电系统中，换流变压器是最重要的设备之一，这是由于其处在交流电与直流电互相变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等所决定的。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[1]。

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[1]。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

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法，有被广泛认可的二次谐波识别法[2]、间断角特征识别[3]、波形相关度识别法[4-5]、引进直流分量的谐波识别法[6]、附加差电流尖顶波的凹弧特征识别法 [7]、附加相位判别的二次谐波制动法[8]，以及一些相关的二次谐波识别法[9-10]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[8]。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 换流变大差保护分析

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。

图1 换流变大差保护动作范围

Fig.1 Action scope of converter connection-transformer

differential protection

1.1 传统的大差保护的励磁涌流闭锁逻辑

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：

op.22op.1

>

I K I

op.1e

>0.16

I I

式中：

op.2

I为大差差流中的二次谐波；为大差差流

中的基波；

2

K为可整定的二次谐波系数，e I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。

图2 传统的励磁涌流闭锁逻辑框图

Fig.2 Traditional block logic diagram of inrush current

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 一起换流变大差保护动作分析

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900 ms，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。