超高压输电线并联电抗器的匝间短路保护-中国电机工程学会.pdf

2005 第十届全国保护和控制学术研讨会 高压输电线并联电抗器的匝间短路保护 李永丽， 斌，王 皓， 杨 （天津大学电气与自动化工程学院，天津300072 ） 摘要：并联电抗器是超高压及以上等级输电系统中的关键设备，其运行状况对整个系统的安全 运行起着决定性作用。基于对并联电抗器匝间故障的序网图以及故障序分量的分析，提出了负 序功率方向原理的新匝间短路保护。通过对并联电抗器的匝间故障、区内、区外接地故障以及 由单相重合闸 起的非全相运行状态等情况的研究与仿真测试，结果表明负序功率方向保护不 仅能在各种系统故障及运行情况下做出正确判断，更提高了对并联电抗器匝间故障保护的灵敏 度。该保护利用故障负序分量计算实现，受励磁涌流等因素影响小，且其原理清晰，易于实现。 关键词：并联电抗器 匝间故障 负序功率方向保护 非全相运行 0 引言 并联电抗器作为输电线路的关键设备在超高压、特高压系统中获得广泛的应用，并对整个系统的安 [1～3] [4] 全运行起决定性作用 。现场运行统计表明，并联电抗器的故障率远远高于相同电压等级的其他设备 ， 因此对其保护提出了更高要求。随着我国电力系统实现全国联网以及建设特高压输电线路进程的加 ， 研究大型超高压、特高压输电线路并联电抗器故障及其保护有重大意义。 对于并联电抗器内部线圈及引出线单相接地或相间短路故障，差动保护能够提供灵敏的保护。而且， [5] 电抗器的励磁涌流是纵差保护的穿越性电流，原则上不妨害电抗器纵差保护的正常工作 。电抗器的匝 间短路是另一种比较多见的内部故障形式。当短路匝数很少时，一相匝间短路引起的三相电流不平衡可 能很小，很难被检测或发现。而且，纵差保护不反应匝间故障，利用过流与距离继电器实现匝间故障保 护时没有足够的灵敏度，且受励磁涌流等因素的影响大。为提高电抗器匝间故障的灵敏度，我国曾研制 [6~8] 出零序功率方向原理的电抗器匝间短路保护 。但轻微匝间故障时零序电压、电流很小，采用带补偿特 性的零序功率方向保护并不能可靠保 动作的灵敏性。 根据现有并联电抗器匝间保护的不足，本文基于对并联电抗器匝间故障的序网图以及故障序分量的 分析，提出了基于负序功率方向的匝间保护新原理并对新保护原理在各种故障情况下的动作特性进行了 深入的理论研究与仿真测试。 1 匝间短路故障的序网分析 并联电抗器一般采用Y 型接入超高压输电线路的一端或两端，为抑制潜供电流和谐振过电压等问题， 并联电抗器往往带有中性点小电抗。并联电抗器与系统连接的等效电路可以表示为图1。 图中并联电抗器安装于k 点，E 为电源电势；Z L 为并联电抗器阻抗；Z N 为中性点小电抗，Z 1 、 Z 2 和Z 0 分别为由并联电抗器安装点看入的系统的正、负、零序阻抗。 正常运行时，正、负、零序电流关系为I ka1 Uka1 Z L ，I ka 2 I ka 0 0A 。假设并联电抗器a 相发 生匝间故障，其阻抗大小由Z L 变化为Z F 。由对称分量法，可以计算得到匝间故障的故障序网图如图2 所示。 174 李永丽等 超高压输电线并联电抗器的匝间短路保护 图1 并联电抗器与超高压系统连接的等效电路 图2 匝间短路时的故障序网图 由序网图可知，设Z =Z -Z /3 ，轻微匝间故障时z 很小，设Z (Z Z ) //(Z Z 3Z ) ， F L 20 2