电抗器的匝间保护

电抗器的匝间保护【南自：WDK-600微机电抗器保护装置】匝间短路保护大型电抗器多采用分相式结构，其主要故障为电抗器单相接地和匝间短路，因此匝间短路保护也是电抗器的主保护。匝间保护采用了新原理，它由电抗器高压零序电流、零序电压组成的零序阻抗继电器。它弥补了以前阻抗补偿原理存在过补偿和欠补偿，补偿度难整定的不足。新原理不仅定性地分析了故障类型，而且从定量地角度分析故障特征图中：K1－匝间短路故障；K2－电抗器内部接地故障；K3－区外接地故障（1）匝间短路K1当电抗器匝间短路时，零序源在电抗器内部，即由电抗器向系统送出零序功率。如下图所示，此时零序电压与零序电流的关系000sjXIU，端口测量到的是系统的零序阻抗（2）内部单相接地故障K2电抗器内部接地故障时，零序源在电抗器内部，零序电压及零序电流关系如下图所示。此时零序电压与零序电流的关系000sjXIU，零序电流超前零序电压。端口测量到的是系统的零序阻抗（3）外部单相接地故障K3电抗器外部接地故障时，零序源在电抗器外部，零序电压及零序电流关系如下图所示。此时零序电压与零序电流的关系000sjXIU，零序电流滞后零序电压。端口测量到的是电抗器的零序阻抗由以上分析知：故障时，可以由系统零序回路零序源的所在位置来决定故障所在（在电抗器内部还是在系统中）。从而可达到提高匝间保护动作灵敏度，同时克服了传统保护在系统无穷大时电抗器内部故障的死区问题，而在外部任何非正常运行工况下不会误动匝间保护的整定，要躲过正常工况下由于三相电压不平衡引起的零序电压及三相TA不一致引起的零序电流。为确保匝间保护的灵敏度，零序监控电流整定值应较小。另外，在电抗器空投时，为防止励磁涌流使匝间保护误动，在电抗器空投时匝间保护零序监控电流采用反时限特性的定值当电抗器发生TA断线及TV断线时，都闭锁匝间保护电抗器匝间保护动作后，瞬时跳开断路器，并通过远方跳闸将线路对侧断路器跳开【南自：WDK-600微机电抗器保护装置】【王维俭编著，电气主设备保护的原理与应用，1996】并联电抗器的匝间短路保护电抗器的的匝间短路是比较多见的一种内部故障形式，但是当短路匝数很少时，一相匝数短路引起的三相电流不平衡有可能很小，很难被继电保护装置检出；而且不管短路匝数多大，纵差保护总不反应匝间短路故障。为此必须考虑其它高灵敏的电抗器匝间短路保护虽然油浸式电抗器一定装设轻、重瓦斯保护，它对匝间短路有保护作用，但500KV主设备应有双重主保护，因此还应有另一套匝间短路保护如果电抗器每相有两个并联分支，即双星型接线方式，这时和双星型接线方式的发电机一样，首先应该装设高灵敏度的单元件横差保护，该保护不但是匝间保护的灵敏保护，而且还能有效地保护绕组内部的接地短路，但对引出端的相间短路和接地短路无效，因为引出端的各种短路故障，两组星型绕组完全一样，因此在两个中性点的连线上就没有电流任何利用零序或负序电流（电压）的保护方案，均不可能取得匝间短路的足够灵敏度，因为假设匝间短路使一相阻抗改变3％时，估算零序或负序电流均小于1％，如此小的故障电流很难构成性能良好的匝间短路保护没有补偿作用的零序功率方向保护dxIU*00匝间短路时，电压0U领先电流0I；内部单相接地时，电压0U落后电流0I；外部单相接地，电压0U落后电流0I。存在两个问题：（1）匝间短路时，若短路匝数很少，则0U和0I均很小，零序功率方向保护可能拒动（死区）；（2）单相接地（电抗器主要故障类型之一）不能和匝间短路共用一个零序功率方向保护具有补偿作用的零序功率方向具有补偿作用的零序功率方向原理的电抗器匝间短路保护，不仅可以提高零序功率方向匝间短路的灵敏度，同时也使该保护对内部单相接地有一定的保护功能。在0U中增设补偿电压0cU，令000*ccxIU式中0cx－补偿电抗，一般取（0.6～0.8）Rx，Rx为电抗器零序电压（即正序电抗）故障情况下)(*0000'0cdcxxIUUU适当选择的0cx，在匝间短路和部分绕组单相接地时，电压'0U领先0I，起到保护作用；外部单相接地，电压'0U落后电流0I，保护不误动。这个保护本质上是一个零序方向继电器，计及系统实际存在的电阻，最大灵敏度不是090，而是00585，动作区为005170方向继电器引入补偿电压0cU，在电抗器正常运行时可能出现最大不平衡零序电流unbI.0，同时产生一个补偿电压unbcU.0，在这个不平衡电流和补偿电压下，保护不应误动，所以保护还有一个最小动作电流min..0opI，其值应为unbopII.0min..0300～500KV并联电抗器的零序功率方向原理的匝间短路保护，基于以下原因保护应带延时动作于跳闸（1）外部故障暂态过程中零序不平衡电气量的作用（2）邻近大容量变压器合闸等系统操作引起的低频或高频电气量扰动；线路分布电容与电抗器也可能产生某种频率的谐振（3）输电线路三相切、合不同步，短时产生零序电流和电压匝间短路保护动作后，经延时跳专用断路器；若无专用断路器，则跳线路本侧断路器，并通过远方跳闸使对侧线路断路器断开并联电抗器内部故障地微机保护并联电抗器的内部故障，这里指匝间短路和单相接地短路并联电抗器的电阻R很小，略去不计，其数学模型：dtNdu/式中，u－并联电抗器断电压瞬时值；－并联电抗器磁通；N－并联电抗器绕组匝数在T时间内对上式积分，得tTttTtudtdNt)(当电抗器内部无故障时，在忽略R得条件下，恒有0)(t（电抗器严重饱和产生励磁涌流亦然）当电抗器内部发生匝间或单相接地短路，必有0)(t设采样间隔为△t（s），则可得到2/]}[])1([{)]}()([{)}()({)(1tktutktuTtitigNudtTttNtnktTt式中，)(ig－电抗器铁芯的i非线性函数，tTn/，积分区间T内的采样数设定保护动作阀值0，则0)(t（并联电抗器无故障）0)(t（并联电抗器有故障）问题在于时如何取得并联电抗器的)(ig非线性特性，一种方法是先试验测定并联电抗器rmsrmsIU（rms为有效值符号），理由已有的转换程序，获得相应的i（瞬时值）关系。另一种方法是首先了解电抗器的铁芯等效截面和空气等效截面、铁芯等效长度和空气等效长度，还应知道铁芯材料的)(fefeBfH特性和空气的导磁系数，则在给定的磁通必有相应的I，此即i特性。将特性数组存储在ROM中查用【王维俭编著，电气主设备保护的原理与应用，1996】附录【王维俭编著，电气主设备保护的原理与应用，1996】远距离超高压输电线的对地电容电流很大，为吸收这种容性无功功率、限制系统的操作过电压，对于使用单相重合闸的线路，为限制潜供电容电容、提高重合闸的成功率，都应在输电线两端或一端变电所内装设三相对地的并联电抗器我国500KV线路的并联电抗器均为单相油浸式，铁芯带间隙，单台容量为40～60MVA。用在500KV变压器低压侧、可投切的并联电抗器，则为铁芯带间隙的三相油浸式，单台容量为30～60MVA接在变压器低压侧的并联电抗器，经专用断路器与低压侧母线相连500KV并联电抗器与输电线路相连的方式有三种：（1）通过隔离开关或直接与线路相连，节省设备，减少投资，美、加等国采用此方式。这种方式的电抗器和输电线可视为一体，运行欠灵活（2）采用专用断路器，运行灵活，但投资大，目前我国采用这种连接方式（3）通过放电间隙与线路相连，当电压较高时使放电间隙击穿，自动投入电抗器；电压较低时时又自动退出，不仅投资省，还能减少正常运行时的有功功率和无功功率损失，但是这种连接方式技术要求高、可靠性低，目前被俄国采用并联电抗器的故障断开，有可能造成线路或变压器过电压，在设计工作中应予校核并联电抗器可能发生以下故障：（1）线圈的单相接地和匝间短路；（2）引线的相间短路和单相接地短路（3）由过电压引起的过负荷（4）油面减低，温度升高和冷却系统故障【王维俭编著，电气主设备保护的原理与应用，1996】