电流互感器配置对交流滤波器差动保护的影响

苑双，殷丕盛，吴布托

（国网山东省电力公司检修公司，山东 济南 250118）

0 引言

随着特高压直流输电技术的快速发展，“外电入鲁”的2个受端特高压直流换流站已正式投运，换流站的安全稳定运行对推动清洁能源发展、提高电力使用效率、拉动经济增长起重大作用。

交流滤波器是特高压直流换流站的重要组成部分，主要用于保持系统无功平衡并滤除谐波，一般3～4个滤波器小组共同接到交流滤波器小组母线上组成1个大组，最后再将小组母线接到站内对应的交流母线上［1］。小组滤波器的首尾端电流、高低压电容器不平衡电流等测量装置均为光学电流互感器（光学 TA）［2］，因此，光学TA 的可靠配置对于交流滤波器保护以及整个直流输电系统极为重要。

1 交流滤波器小组差动保护配置

1.1 交流滤波器光学TA配置

如图1所示，现场交流滤波器设备配置情况：首端TA T1与尾端TA T2均为光学TA。首端光学TA同时配置有罗氏线圈（空芯线圈）和电子式低功率线圈（LPCT），尾端光学TA只配置了LPCT线圈，首端光学TA增加罗氏线圈是为了1 000 kV侧的电流测量具有更好的暂态特性。首端光学TA罗氏线圈额定电流2 000 A，满足5TPE精度要求，5TPE对暂态要求等同于TPY，LPCT线圈额定电流1 000 A，满足0.2/5P7精度要求；尾端光学TA额定电流500 A，满足0.2/5P40精度要求。首端光学TA T1与尾端光学TA T2的采量作为小组差动保护的输入量。

图1 1 000 kV双调谐交流滤波器（12/24）保护功能配置

罗氏线圈式TA往往由漆包线均匀绕制在环形骨架上制成，骨架采用塑料、陶瓷等非铁磁材料，其相对磁导率与空气的相对磁导率相同，这是空芯线圈有别于带铁芯TA的一个显著特征。罗氏线圈式TA不含铁磁性材料，无磁滞效应，几乎为零的相位误差；无磁饱和现象，因而测量范围可从数安培到数百千安培的电流，可传变衰减直流分量［3］。

铁芯线圈式低功率电流互感器（LPCT），它是传统电磁式TA的一种发展。其按照高阻抗电阻设计，在非常高的一次电流下，饱和特性得到改善，扩大了测量范围，降低了功率消耗，可以无饱和地准确测量过电流、全偏移短路电流，测量和保护可共用一个铁芯线圈式低功率TA，其输出为电压信号，其缺点是存在磁饱和等铁芯TA的固有问题［4］。

1.2 小组差动保护配置

检测交流滤波器小组内接地/相间故障。保护分相检测流入保护区域内的电流的矢量和，与设定值比较。该保护只对基波电流敏感。由于TA特性不一致，保护采用比率制动式差动保护，制动电流取接地侧电流为参考。

比率制动曲线如图2所示。

图2 差动保护比率制动曲线

保护程序中将比率制动系数固化，S=S1=S2。

动作方程为

式中：Iop为差动电流；Iop.0为差动最小动作电流整定值；Ires为制动电流；Ires.0为最小制动电流整定值；Iop.max为差动速动电流；S为比率制动系数，各侧电流的方向都以指向交流滤波器为正方向。

所谓“内涵”困境，是指新大学运动第二阶段“新建本科院校”在扩招大潮中存在的重视“外延式发展”忽视“内涵式发展”的问题。而这个问题也是高等教育大众化阶段中国大学普遍存在的问题。事实上，“快、大、高、全”既是第二阶段新大学运动中创立的新大学的发展特征，也是导致这些大学存在“内涵”困境的主要原因，而“内涵”困境在“终端”上的反映则是培养出来的学生质量的下降。

保护判据及动作顺序。比率制动式差动段：根据动作方程式，跳小组断路器，锁定断路器，启动失灵保护。速动段：根据动作方程式，跳小组断路器，锁定断路器，启动失灵保护。

2 光学TA配置对小组差动保护的影响分析

2.1 运行工况

广固换流站1 000 kV第1大组第1小组T611交流滤波器，进行第1次充电试验时，双套差动保护动作跳闸。

首端光学TA采用罗氏线圈作为采样单元，尾端光学TA采用LPCT线圈作为采样单元。小组差动保护定值：差动启动电流48 A，差动制动电流96 A。

2.2 小组差动保护动作分析

图3为小组交流滤波器进线断路器T611分合闸录波信号，T611交流滤波器充电后，T611断路器合闸录波信号发生变位，如t1时刻，信号由0置1；发生跳闸后分闸录波信号发生变位，如t2时刻，信号由 0置 1。

图3 T611断路器三相分合闸录波信号波形

T611交流滤波器充电后的首尾端三相充电电流波形如图4所示，首端光学TA具有明显的直流分量，尾端光学TA基本没有直流分量。

图4 首尾端三相充电电流波形

对T611交流滤波器充电后t1时刻的首尾端一次电流进行谐波分析，如表1所示。由此可得，首端电流中直流分量明显高于尾端电流中直流分量。

对首尾端电流基波分量的相量值做差，得到差动电流的一次值：A相为362.15 A，B相为87.59 A，C相为313.09 A，均大于差动启动电流48 A。制动电流（取尾端电流）的一次值：A相为88 A，B相为25 A，C相为67 A，均小于最小制动电流96 A。根据动作方程式1，差动电流大于启动电流，差动保护动作，跳小组断路器T611。

表1 首尾端三相充电电流谐波分析表 kA

首端光学TA采用空芯线圈作为采样单元，不含铁磁性材料，无磁饱和现象，暂态特性满足TPY要求，可传变衰减直流分量；尾端光学TA采用LPCT线圈作为采样单元，准确级满足5P40要求，存在磁饱和现象，其特性不能满足TPY要求，不能传变衰减直流分量。由于首尾端光学TA内采用的线圈不同，其暂态特性不一致［5-8］，交流滤波器充电时穿越性电流通过，首端光学TA的直流分量很大，尾端光学TA基本没有直流分量，差流主要为直流分量，差流达到保护定值，造成差动保护动作。

3 处理方案

差动保护首尾端光学TA内采用的采样线圈不同，首尾端光学TA对穿越性电流的暂态特性不一致，造成差动保护动作。将首尾端光学TA都改成LPCT型号，可提高差动保护的可靠性。

将1 000 kV交流滤波器小组差动保护采量精确度进行统一匹配，对1 000 kV全部小组交流滤波器首尾端光学TA一次本体传感器进行更换。首端光学TA 采用 TPY（空芯）+5P30（LPCT）采样单元方式，其中TPY采样单元参与滤波器大组差动保护（串内为常规TPY电流互感器），5P30采样单元参与交流滤波器小组差动保护；尾端光学TA采用0.2 s+5P30采样单元的方式，其中0.2 s为测控通道，不参与保护计算，5P30采样单元参与滤波器小组差动保护。由此，实现了对1 000 kV交流滤波器首尾端光学TA采样单元的统一匹配。

4 结语

以鲁固直流输电工程为例，介绍了交流滤波器小组差动保护的基本配置和原理，结合广固换流站发生的交流滤波器充电时小组差动保护误动作事件，重点分析了光学TA配置对小组差动保护的影响，得出首尾端光学TA暂态特性不一致会导致小组差动保护误动作的结论，最后针对此事件给出了处理改进方案，为今后直流输电工程交流滤波器保护的设计与配置提供了参考和借鉴。