高压电抗器匝间保护误动原因分析
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负序 方 向 、 零 序 阻 抗元 件 保 护启 动 元 件或 带 自适 补 偿 的零 序功 率 方 向元 件 、 零 序 阻抗 元 件 以及 有 工频 变化 量 浮动 门槛 的启 动 元件 等 ， 该 措施 既 能 提 高 匝
问保 护 动作 的灵 敏 度 ， 又 能保 证 在 各种 外 部 短路 情 况下（ 如 串联补 偿线 路 、 谐振、 振 荡 等 因素 ） 以及 任何
ａ ． 零序 电流判据 。 当电抗器 首端 自产零 序 电流
匝 间保护启 动逻 辑 图如图 ４所示 。
最 大值 大 于 主电 抗零 序 过流 启 动定 值 时 动作 ； 判 据 为： ３ Ｉ 。 ＞３ ， ３ １ 通 常为 由厂家 内部定 值 。 ｂ ． 零序 阻抗 判据 。带补偿 的绝 对值 比较式 的零 序 方 向元 件 ， 主要 根 据各 种 故 障状 态 下零 序 电压 幅 值 的分 布实 现 电抗 器 的匝 间保 护 。带补偿 的绝 对值 比较式 的零 序方 向元件 判据 如下 ：
１ ０ 一Ｊ ０ ×０ ． ９ Ｚ Ｌ ０ ｌ ＞Ｉ ｏ Ｉ
图 ４ 匝 间 保 护 启 动 逻 辑 框 图
２ ． ２ 误 动 原 因分 析
式中： ｚ 。 为 电抗 器包 括小 电抗 在 内的零序 阻抗 。 电抗 器 匝间故 障如 图 ２所示 。 图 中 ｘ 为系统 阻 抗， ｘ 、 Ｘ 为 电抗器 零序 阻 抗 ， 为零 序 电流 ， 为测 量点 零序 电压 。 从 图 ２中可 以看 出 ， 在 匝 间故 障 时补偿 后 的零 序 电压 幅值 Ｉ 。 一Ｊ 。 ×０ ． ９ Ｚ 。 ｌ 远 大于 测 量点 的零序 电压 幅值 ， 带 补偿 的绝对 值 比较式 的 零 序方 向元件 动作 。
排 除换 流站或 串补 站引 起低频 震荡 的可 能性 。本文
对 直流 分量导 致 匝间保 护误 动的原 因进 行分析 Leabharlann Baidu提
出修 改措 施 。
２ 匝 间保 护 误 动 原 因分 析
２ ． １ 匝 间保 护 原 理
高压 电抗 器 的匝 间短 路 是 比较 常 见 的故 障 ， 匝
２ ０ １ ３年 ６月
第４ １卷 第 ３期 （ 总第 ２ ２ ６ 期）
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３ Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ． ３（ Ｓ ｅ ｒ ．Ｎｏ． ２ ２６）
取其 中首端 相 电 流 、 零 序 电 流 曲线及 保 护 动作 相 关
数据 ， 相 关数 据记 录时 间 至 ８ ０ ｍｓ ， 推 算 直流分 量 衰 减持 续至 ５ ０ ０ ｍｓ左右 。 从 图 １中 可以看 出 ： 高压 电抗器充 电过 程 中 ， 首 端 相 直 流分 量 很 大 ， 特别 是 Ｕ 相 完 全偏 移 ， 衰 减 时 间长， 至本 次记 录最长 时 间 ８ ０ ｍｓ时直 流 分量 仍 平 稳在 一等 水平 ， 推测 直流分 量衰 减持续 至 ５ ０ ０ ｍｓ左 右； 空 充过 程 中 电流 回路 产生 ０ ． ４ ５ Ａ 的零序 电流 ． 零序 电流随着 直流分 量 衰减而 减少 。
到 Ｏ ． ４ ５ Ａ。
ａ ． 零 序 电流 ３ １ 。 一 ／ ｉ 。 一１ ． ３ ， 保护 的零序 电
流设 置 为 ０ ． ０ ８ １ ， 故 满 足 匝 间 保 护 零 序 电流 启 动
１ ０ ・
２ ０ １ ３年 ６月
第 ４ １卷 第 ３期 （ 总第 ２ ２ ６期 ）
间短 路 的特 点 ， 一方 面， 当 内部 匝 间 短路 数 量 较 少 时， 引起 其 三相不 平衡 电流 的可 能性极小 ， 继 电保 护
装置 很难将 其检 测 出来 ； 另 一方 面 ， 不论 短路 匝数 多
少， 其 故 障电流 始终是 穿越性 的 ， 所 以纵 差保 护不 能
图３ 匝间故障时 ￡ ， ０ 和 ， ０
条件 ；
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３ Ｖｏ １ ． ４ ｌ Ｎｏ ． ３（ Ｓ ｅ ｒ ． Ｎｏ ． ２ ２ ６ ）
３ ． ２ 防 误 措 施
ｂ ． 高压 电抗 器 由 于 某 种 原 因导 致 直 流偏 移 产
ａ ． 采 用带 补偿 的绝 对值 比较 式零 序方 向元 件和
图 ２ 匝 问 故 障 零 序 电 压 分 布
从 录 波结 果 可 以看 出 系统 并 无故 障 ， 但 充 电过
程 中实 际产生 了持续 的直 流分 量 ， 其 产生 的原 因不
Ｃ ． 零 序阻抗 。高压 电抗 器 的一次零 序 阻抗 一般 为几 千欧 姆左 右 ， 而 系统 的一次 零 序 阻抗 一 般 为几 十欧 姆左 右 ， 保护 装 置 利用 测 量 电抗 器端 口零 序阻 抗 大小 判断 是否发 生 区 内故 障 。在 电抗 器发生 匝 间 短 路故 障时 ， 零序 电压 和零序 电流关 系 如图 ３所示 ， 此 时 Ｕ。 一Ｉ 。・ ｊ Ｘ 电抗 器 端 口测 量 到 的 零 序 阻抗 是 系统 的零 序 阻抗 。
・
本次 事件 高压 电抗 器容量 ３ ×５ ０ Ｍｖ ａ ｒ ， 电流 互
感器（ ＴＡ） 变 比 ４ ０ ０ ／ １ ， Ｉ 一０ ． ３ ４ Ａ， Ｔ Ａ 特 性 为
５ Ｐ ２ ０ （ 表示 ２ ０倍 短路 电流 时误差 为 ５ Ｙ ｏ ） ； 从 图 １的
故 障 录波 图中可 以查 出零 序 电流最 大 有效 值 … 达
保 护 匝 间短 路 故 障 。由于 上 述特 点 ， 实 际运 行 过 程 中， 要 求 匝间保 护 在高 压 电抗 器 匝 问故 障 时灵 敏 度 高， 又 能保证 在 外 部故 障 以及 任 何 非正 常 运行 工 况 下不 误 动 ］ 。本次事 件高 压 电抗器 匝 问保 护启 动元 件 采用 带 补偿 的 绝对 值 比较 式 零序 方 向元 件 、 负 序 方 向元件 及零 序阻抗 元件 。
问保 护 动作 的灵 敏 度 ， 又 能保 证 在 各种 外 部 短路 情 况下（ 如 串联补 偿线 路 、 谐振、 振 荡 等 因素 ） 以及 任何
ａ ． 零序 电流判据 。 当电抗器 首端 自产零 序 电流
匝 间保护启 动逻 辑 图如图 ４所示 。
最 大值 大 于 主电 抗零 序 过流 启 动定 值 时 动作 ； 判 据 为： ３ Ｉ 。 ＞３ ， ３ １ 通 常为 由厂家 内部定 值 。 ｂ ． 零序 阻抗 判据 。带补偿 的绝 对值 比较式 的零 序 方 向元 件 ， 主要 根 据各 种 故 障状 态 下零 序 电压 幅 值 的分 布实 现 电抗 器 的匝 间保 护 。带补偿 的绝 对值 比较式 的零 序方 向元件 判据 如下 ：
１ ０ 一Ｊ ０ ×０ ． ９ Ｚ Ｌ ０ ｌ ＞Ｉ ｏ Ｉ
图 ４ 匝 间 保 护 启 动 逻 辑 框 图
２ ． ２ 误 动 原 因分 析
式中： ｚ 。 为 电抗 器包 括小 电抗 在 内的零序 阻抗 。 电抗 器 匝间故 障如 图 ２所示 。 图 中 ｘ 为系统 阻 抗， ｘ 、 Ｘ 为 电抗器 零序 阻 抗 ， 为零 序 电流 ， 为测 量点 零序 电压 。 从 图 ２中可 以看 出 ， 在 匝 间故 障 时补偿 后 的零 序 电压 幅值 Ｉ 。 一Ｊ 。 ×０ ． ９ Ｚ 。 ｌ 远 大于 测 量点 的零序 电压 幅值 ， 带 补偿 的绝对 值 比较式 的 零 序方 向元件 动作 。
排 除换 流站或 串补 站引 起低频 震荡 的可 能性 。本文
对 直流 分量导 致 匝间保 护误 动的原 因进 行分析 Leabharlann Baidu提
出修 改措 施 。
２ 匝 间保 护 误 动 原 因分 析
２ ． １ 匝 间保 护 原 理
高压 电抗 器 的匝 间短 路 是 比较 常 见 的故 障 ， 匝
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第４ １卷 第 ３期 （ 总第 ２ ２ ６ 期）
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３ Ｖｏ １ ． ４１ Ｎｏ． ３（ Ｓ ｅ ｒ ．Ｎｏ． ２ ２６）
取其 中首端 相 电 流 、 零 序 电 流 曲线及 保 护 动作 相 关
数据 ， 相 关数 据记 录时 间 至 ８ ０ ｍｓ ， 推 算 直流分 量 衰 减持 续至 ５ ０ ０ ｍｓ左右 。 从 图 １中 可以看 出 ： 高压 电抗器充 电过 程 中 ， 首 端 相 直 流分 量 很 大 ， 特别 是 Ｕ 相 完 全偏 移 ， 衰 减 时 间长， 至本 次记 录最长 时 间 ８ ０ ｍｓ时直 流 分量 仍 平 稳在 一等 水平 ， 推测 直流分 量衰 减持续 至 ５ ０ ０ ｍｓ左 右； 空 充过 程 中 电流 回路 产生 ０ ． ４ ５ Ａ 的零序 电流 ． 零序 电流随着 直流分 量 衰减而 减少 。
到 Ｏ ． ４ ５ Ａ。
ａ ． 零 序 电流 ３ １ 。 一 ／ ｉ 。 一１ ． ３ ， 保护 的零序 电
流设 置 为 ０ ． ０ ８ １ ， 故 满 足 匝 间 保 护 零 序 电流 启 动
１ ０ ・
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第 ４ １卷 第 ３期 （ 总第 ２ ２ ６期 ）
间短 路 的特 点 ， 一方 面， 当 内部 匝 间 短路 数 量 较 少 时， 引起 其 三相不 平衡 电流 的可 能性极小 ， 继 电保 护
装置 很难将 其检 测 出来 ； 另 一方 面 ， 不论 短路 匝数 多
少， 其 故 障电流 始终是 穿越性 的 ， 所 以纵 差保 护不 能
图３ 匝间故障时 ￡ ， ０ 和 ， ０
条件 ；
Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３ Ｖｏ １ ． ４ ｌ Ｎｏ ． ３（ Ｓ ｅ ｒ ． Ｎｏ ． ２ ２ ６ ）
３ ． ２ 防 误 措 施
ｂ ． 高压 电抗 器 由 于 某 种 原 因导 致 直 流偏 移 产
ａ ． 采 用带 补偿 的绝 对值 比较 式零 序方 向元 件和
图 ２ 匝 问 故 障 零 序 电 压 分 布
从 录 波结 果 可 以看 出 系统 并 无故 障 ， 但 充 电过
程 中实 际产生 了持续 的直 流分 量 ， 其 产生 的原 因不
Ｃ ． 零 序阻抗 。高压 电抗 器 的一次零 序 阻抗 一般 为几 千欧 姆左 右 ， 而 系统 的一次 零 序 阻抗 一 般 为几 十欧 姆左 右 ， 保护 装 置 利用 测 量 电抗 器端 口零 序阻 抗 大小 判断 是否发 生 区 内故 障 。在 电抗 器发生 匝 间 短 路故 障时 ， 零序 电压 和零序 电流关 系 如图 ３所示 ， 此 时 Ｕ。 一Ｉ 。・ ｊ Ｘ 电抗 器 端 口测 量 到 的 零 序 阻抗 是 系统 的零 序 阻抗 。
・
本次 事件 高压 电抗 器容量 ３ ×５ ０ Ｍｖ ａ ｒ ， 电流 互
感器（ ＴＡ） 变 比 ４ ０ ０ ／ １ ， Ｉ 一０ ． ３ ４ Ａ， Ｔ Ａ 特 性 为
５ Ｐ ２ ０ （ 表示 ２ ０倍 短路 电流 时误差 为 ５ Ｙ ｏ ） ； 从 图 １的
故 障 录波 图中可 以查 出零 序 电流最 大 有效 值 … 达
保 护 匝 间短 路 故 障 。由于 上 述特 点 ， 实 际运 行 过 程 中， 要 求 匝间保 护 在高 压 电抗 器 匝 问故 障 时灵 敏 度 高， 又 能保证 在 外 部故 障 以及 任 何 非正 常 运行 工 况 下不 误 动 ］ 。本次事 件高 压 电抗器 匝 问保 护启 动元 件 采用 带 补偿 的 绝对 值 比较 式 零序 方 向元 件 、 负 序 方 向元件 及零 序阻抗 元件 。