（云南电力技术有限责任公司）
摘要：分析了某变电站220kV高压并联电抗器匝间保护动作情况，通过Simulink建立仿真模型，验证了带铁芯电抗器饱和对匝间保护的影响，提出了并联电抗器空载合闸导致匝间保护误动作的解决措施。
关键词：高压并联电抗器；匝间保护；Simulink仿真
1前言
220kV高压并联电抗器是用来吸收输电线路的充电容性无功的，可以通过调整并联电抗器的数量来调整运行电压。高压并联电抗器主要采用两种结构：油浸式铁芯并联电抗器和干式空心电抗器。油浸式铁芯并联电抗器由铁芯作为导磁介质，磁场集中，漏磁小。但是由于在空载投入时，会导致铁芯磁通迅速饱和，产生较大的励磁涌流。
220kV新河变电站共有两台油浸式母线高压并联电抗器，配置匝间保护作为电抗器主保护。自投运以来，发生多次空载投入电抗器时匝间保护动作跳闸情况，造成空投失败。一但投入成功，电抗器运行情况良好。针对该问题，进行原因分析及提出解决措施。
2匝间保护动作分析
2.1保护动作情况
对新河变1、2号电抗器运行后台报文进行查看，发现从2015年到2017年之间，多次报出“匝间保护动作（InterTurnTrip）”。
读取最近一次新河变1、2号电抗器匝间保护动作故障录波波形，对波形进行分析，电流、电压及保护动作情况等特征基本相似，以新河变2号电抗器波形（见图1）为例进行分析：电抗器首端电流和末端电流幅值基本相等，方向相反，可以判断差动保护极性正确。电抗器电感较大，合闸投入瞬间A、B、C三相电流偏向时间轴一侧，存在较大直流分量。由于三相电流不平衡，首端及末端均会产生零序电流。合闸之前电抗器二次电压采样为0，验证现场二次电压使用电抗器PT，未使用母线PT，电抗器PT接在电抗器断路器与电抗器首端之间。从合闸时刻起，经几十毫秒后匝间保护动作。
图1c 新河变2号电抗器末端电流波形 图1d 新河变2号电抗器匝间保护动作
图1 新河变2号电抗器故障录波波形
电抗器保护采用CSC326电抗器保护装置，配置了差动保护、匝间保护、过电压保护、复压过流保护等。其中匝间保护反应电抗器绕组匝间短路故障，其动作逻辑如图2。
图2高压并联电抗器匝间保护逻辑图
匝间保护主判据是采用电抗器末端自产零序电流以及自产零序电压的相位关系，从而来区分到底是发生了匝间故障还是外部故障。根据上述故障波形数据进行向量分析，在保护启动73ms后匝间保护动作，零序电压及零序电流相位关系如图3。
由录波数据进行分析计算，满足匝间保护动作条件。2台电抗器多次合闸投运时的电流波形相似，均产生零序电流及零序电压，导致匝间保护动作。但是根据现场运行情况得知，在电抗器合闸成功后，电抗器可以持续运行，匝间保护无动作。如果电抗器真实存在匝间短路现象，那么在合闸成功后，运行过程中也会动作跳闸。由此可以推断，保护采样出现零序电压、零序电流，并非一定是匝间短路产生，也有可能是合闸冲击产生的励磁涌流。匝间保护未能躲过电抗器合闸冲击零序电流（不平衡电流），导致保护误动作。
2.2Simulink仿真建模
为进一步验证电抗器在合闸冲击过程中，能够产生零序电流（不平衡电流）及零序电压（不平衡电压），利用simulink搭建非线性电感元件模拟带铁芯并联高压电抗器，仿真参数为：
图3零序电流及零序电压向量图
仿真波形如下图4。
图4simulink电抗器合闸仿真波形
上述仿真波形中，Ia、Ib、Ic分别为首端电流三相电流，右图中为自产零序电流。末端电流波形与上述波形相位反180度。与电抗器合闸时故障录波装置实际波形（图5）对比，不难发现二者波形基本一致，从而从理论上验证了带铁芯电抗器合闸时，由于铁芯饱和，会产生零序电流及零序电压，即并非一定是匝间短路导致产生了零序电流、零序电压。
图5电抗器合闸实际波形
综上所述，2台电抗器多次合闸时均有匝间保护动作，但是现场尝试若干次合闸成功后，电抗器运行正常，未发生匝间保护动作跳闸情况，由此可以确定，在电抗器合闸时匝间保护动作为保护误动。误动原因为带铁芯电抗器合闸瞬间，铁芯饱和，三相电流发生畸变，其中某一相（和合闸时刻该相电压相角有关系）电流偏向时间轴的一侧，三相电流不平衡，产生零序电流、零序电流，保护装置匝间保护无法躲过该时段冲击电流，所以误动作。
3解决措施
匝间保护的相关定值只包含匝间保护零序电流启动值，其余免整定。零序电流启动值整定规程推荐值取（0.1-0.3）In（In为电抗器二次额定电流0.39A），保护装置实际整定为0.12A符合整定要求。
油浸式带铁芯电抗器合闸瞬间，铁芯饱和，三相电流发生畸变，产生零序电流、零序电流，保护装置匝间保护无法躲过该时段冲击电流，所以误动作。建议采取以下两种方法：①作为临时解决措施，在投入电抗器时，临时退出匝间保护，待冲击电流基本衰减至0后投入，,结合已有合闸成功录波波形，时间大概需要1s，可以有效提高电抗器投入成功率。②作为长效解决措施，联系保护厂家对匝间保护增加闭锁逻辑，采用两段式匝间保护判据或增加谐波闭锁条件，以躲过合闸冲击电流，目前国内有此先例，可借鉴。
4结语
通过分析和仿真计算，表明空投并联电抗器，主要由励磁涌流导致匝间保护误动作。针对该类问题，应采用两段式匝间保护判据或增加谐波闭锁条件，躲过励磁涌流，确保空投成功率。
参考文献
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[2]国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材(上册)[M].北京:中国电力出版社,2009
[3]干式空心并联电抗器与油浸式铁芯并联电抗器比较分析.杨国锋.[J].科技论坛,2015
[4]电力系统分析[M].北京:高等教育出版社,2004
论文作者:关静恩, 李紫龙,张兴龙
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
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