浅谈换流变过励磁保护引入档位跟踪的必要性论文_黄思伦

摘要：本文对换流变压器档位发生变化时，换流变过励磁保护的参数计算不准确的情况进行分析。最终得到计算存在偏差的原因在于换流变调档过后，过励磁保护未引入档位计算过励磁倍数计算。并结合工程现场实际情况计算验证了将换流变的档位引入到过励磁保护的倍数计算当中的必要性。

关键词：换流变压器；过励磁保护；档位跟踪；过励磁倍数

0 引言

在特高压的直流输电系统中，换流变压器是联系交流系统与直流系统的核心，起着联系交直流系统、抑制直流故障电流、削弱交流系统入侵直流系统的过电压等作用[1]。为了在维持负荷端的电压稳定、补偿换流变网侧电压变化保证换流阀运行的安全性和经济性[2]，换流变压器运行时需要进行有载调压。

当变压器发生励磁故障时，铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和，铁损增加；铁芯饱和还会使得漏磁场增强。漏磁通在铁芯表面和相应的结构件中引起的温升有可能导致设备的绝缘损坏。由于现在的大型变压器额定工作时接近其饱和磁密，使得励磁故障的后果更加严重。变压器过励磁时，变压器的电压和频率会大幅度偏离额定值，电压偏高，频率偏低。为此，换流变保护装置专门设置了过励磁保护这一项保护功能防止过电压和低频率对换流变压器造成的损坏[5]，，其中该保护的计算过励磁倍数是衡量该保护是否动作的重要指标。

在换流变调节档位后，变压器的实际负载侧电压与额定电压有一定偏差。在不引入换流变档位的情况下计算换流变过励磁倍数，所得数值会存在误差，当这种误差达到一定程度时，过励磁保护将启动。当过励磁倍数达到相应定值时，保护装置将在不应出口动作时误动，严重影响着电力系统的供电可靠性。为了确认过励磁保护计算引入档位跟踪的必要性，本文根据±800东方换流站高端阀组换流变变压器的铭牌参数进行理论计算进行分析。

1 过励磁保护的原理

如图1所示，为PCS-977D换流变保护的装置的过励磁保护功能配置图。过励磁计算电压采用网侧相电压，过励磁程度可用下式来衡量：

n = U* / f*公式1-1

图1 过励磁保护配置图

U* = U / Un公式1-2

f* = f / fn公式1-3

通过计算过励磁倍数n 可以得知换流变压器所处的状态。其中U* 、f* 分别为电压与频率的标么值，U、f分别为保护装置的采样电压和采样电压频率，Un、fn分别为变压器的额定电压和额定频率。

当换流变运行在N档位时， n = 1。

2 调档对过励磁保护影响

图2 变压器分接头示意图

换流变调压的原理就是通过调节二次抽头的位置

来改变换流变的原副边的线圈匝数，从而改换流变的副边的电压。如图2所示：当U2为额定电压、频率为额定值时，调压抽头调节到‘0’位置时：变压器在N档，U1为变压器网侧的额定电压；抽头调节到 ‘+10%’位置时，U1电压为额定电压的1+10%倍，根据公式1-1计算得过励磁倍数为1.1倍。

以±800东方换流站高端阀组换流变变压器为例，换流变抽头每调节一档其U1的电压变化为1.25%[3]，有-6/20一共27个档位。额定频率下，当档位≤0时不存在过励磁。每往上调节一档抽头，电压将上升额定电压的1.25%。当调节到10档时，电压为额定电压的115%，若频率不变，采用N档的额定电压作为计算过励磁倍数n的基准电压，则在无过励磁的情况下，过励磁倍数被误计算为1.15。根据图3过励磁保护定值单可知，此时已达到反时限过励磁1段定值，只需经过1080s的延时，保护装置将误跳闸出口动作。而当调节到最高的20 档时，电压为额定电压的125%。若频率不变，采用N档的额定电压作为计算过励磁倍数n的基准电压，则在无过励磁的情况下，过励磁倍数被误计算为1.25。根据图4过励磁保护定值单可知，此时已达到反时限过励磁1-4段定值，只需经过相应的延时，保护装置将误跳闸出口动作。

“可靠性”作为继保装置的四个基本要求之一，为满足该保护不应动作时不动作的要求，换流变档位调节时必须采取相应的措施。

图3 换流变分接头电压对应表

图4 过励磁保护定值单

3 如何减小调档对过励磁保护影响

换流变在调档时，保护程序计算得过励磁倍数不引入档位进行计算时，由于基准电压为额定电压，导致计算存在一定的偏差。当档位与N档的档位差越大时，所计算出的过励磁倍数将越大，达到相应定值时，保护装置将引起误动。

3.1选择合适的基准档位

为了使换流变档位变化过励磁保护不误动，我们需要在变压器调节到最高档位时换流变保护装置仍然不动作。根据图3保护定值可知:当过励磁倍数小于1.08时，换流变保护将不会因为换流变档位变化而启动。即当我们设定14档为基准档位时，有载调压抽头调节到20档时的过励磁倍数n为：1+1.25% × 6 = 1.075。小于过励磁告警定值，过励磁保护不会启动。然而，当抽头低于14档时，变压器的负荷电压低于电压基准值，此时需要更严重的过励磁才能够使保护装置启动。当档位较低时，存在实际过励磁倍数已经高于动作值，保护装置仍然拒动的情况。上诉条件严重威胁到了换流变及电网的安全运行。

3.2引入换流变档位参与过励磁保护计算

在直流输电工程中，一般讲换流变档位信号引入到极控系统，有控制系统根据运行方式和功率、电压要求来自动调节换流变档位。换流变分接头控制时直流控制系统中一个重要的功能模块[4]。将分接头的档位引入到换流变保护装置当中并参与过励磁保护倍数的计算，此时，随着档位变化，基准电压也跟着变化，在过励磁倍数的计算过程中，不会因为计算误差二造成保护装置启动，或者误动作。

应用此方案时，还应注意以下几点：

1）换流变档位调节每一档的时间较长，在调到新的档位之前，分接头送至保护装置的档位信号应保持不变，决不能因处于两个档位之间的中间状态而将送至保护装置的档位置数为随机数，以防保护装置因调档时误动。

2）在换流变调档时，应引入 “调档进行中”、“档位异常”等开入，以作为保护装置计算过励磁倍数所使用的档位为正常档位。若该档位处于异常状态，则应去掉引入到过励磁倍数计算当中的档位，并按变压器的最大档位进行计算。以防保护装置误动，危及电网的稳定运行

4 结束语

在直流输电系统运行过程中，为了让电力系统在安全经济的环境下运行，换流变压器频繁调节调压抽头以调节网侧或阀侧电压。为了配合使晶闸管的触发角运行在经济安全的范围内，同样需要换流变压器持续的根据集控系统要求，调节变压器的抽头。在频繁地调档中，变压器持续在N档运行的时间较短，若不引入换流变档位作为过励磁倍数计算系数，保护装置计算所得过励磁倍数将长时间处于存在计算误差的境遇，过励磁保护也将转变成为一项“应动作时拒动，不应动作时误动”可靠性不高的保护功能。为提高过励磁保护功能动作的可靠性，换流变保护装置需引入档位跟踪。

参考文献：

[1]胡晓静,徐玉洁,路振宇,刘家军,王海超.换流变档位调节对差动保护的影响及解决方案[J].电气自动化,2014,36(01):76-78.

[2]陈文毅,杨东东.换流变有载调压开关控制[J].广东水利水电,2007(06):92-94.

[3]张志朝,刘涛,宋述波.云广特高压直流工程换流变分接头切换控制研究[J].电力系统保护与控制,2010,38(20):205-208.

[4]张婷,张小亮.葛洲坝换流站换流变分接头档位异常变化原因及整改措施[J].电网与清洁能源,2009,25(10):59-61+66.

[5]张侃君,尹项根,朱红莉,张哲,陈德树,李鑫婧.发电机-变压器组过励磁保护若干问题的研究[J].电力系统自动化,2008(21):56-60.

论文作者:黄思伦

论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期

论文发表时间:2020/4/22

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