換流變c相管閥故障跳閘分析

換流變c相管閥故障跳閘分析

0變壓器換流故障kaderbahn于1989年9月完成，是k3b。葛南500kv直接供電系統(tǒng)的接收站。它也是中國(guó)南方500kv網(wǎng)絡(luò)和南部電網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)。葛南直流輸電系統(tǒng)雙極額定輸送容量為1200MW,額定電壓±500kV,額定電流為1200A。南橋站有7臺(tái)單相三繞組有載調(diào)壓換流變壓器。該次故障發(fā)生在極ⅡC相換流變壓器上,該換流變壓器1999年制造出廠,2005年投運(yùn)。其容量為224MV·A,變比為220/198kV(閥側(cè)角形接線)、220/114kV(閥側(cè)星形接線)。閥側(cè)兩繞組分別連接成星形和三角形(Y0/Y/Δ)。網(wǎng)側(cè)接入交流220kV電網(wǎng)。有載調(diào)壓開關(guān)裝于網(wǎng)側(cè),共22檔(-6檔~+15檔),每檔調(diào)節(jié)范圍1%,冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻(ODAF)。1換流變進(jìn)線開關(guān)跳開2008年12月21日11點(diǎn)02分,南橋站中央報(bào)警先后發(fā)“換流器差動(dòng)保護(hù)II段動(dòng)作”、“換流閥Y橋差動(dòng)保護(hù)III段動(dòng)作”、“換流變比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”、“換流變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作”等事件,極Ⅱ閉鎖,換流變進(jìn)線開關(guān)跳開?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),極ⅡC相換流變本體頂部大蓋邊緣、閥側(cè)2.1套管入孔蓋處、套管端部有漏油現(xiàn)象見圖1、2;本體壓力釋放閥未動(dòng)作,但瓦斯繼電器動(dòng)作;網(wǎng)側(cè)1.1與1.2、閥側(cè)3.1與3.2套管未見異常;三相換流閥內(nèi)部元件和導(dǎo)流銅排沒有發(fā)現(xiàn)放電痕跡、漏水以及其他異常情況。取本體及閥側(cè)2.1套管油樣色譜進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)特征氣體體積分?jǐn)?shù)嚴(yán)重超標(biāo),見表1。從油化數(shù)據(jù)上看,極IIC相換流變本體和2.1套管各種氣體體積分?jǐn)?shù)均已嚴(yán)重超標(biāo),換流變確實(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重的內(nèi)部故障。2保護(hù)行為分析2.1閥差保護(hù)動(dòng)作事件列表見表2。從事件記錄來看,閥差、橋差、換流變差動(dòng)、重瓦斯保護(hù)在很短的時(shí)間內(nèi)先后動(dòng)作,閥差保護(hù)最先出口閉鎖極,Y橋差動(dòng)保護(hù)、換流變比率差動(dòng)保護(hù)和本體重瓦斯保護(hù)隨后相繼動(dòng)作并發(fā)出跳閘信號(hào)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況,可以初步判斷保護(hù)區(qū)內(nèi)確實(shí)出現(xiàn)接地故障。2.2短路電流從a、c兩相原理引起的短路換流變網(wǎng)側(cè)三相電流見圖3。從圖3可看出,短路電流流過極II換流變A、C相,且兩電流大小相等,方向相反,說明短路電流從一個(gè)繞組流進(jìn),另一個(gè)繞組流出。換流變閥側(cè)三相電流見圖4。圖4中4根豎線分別對(duì)應(yīng)A、B、C、D順序時(shí)刻?？梢钥吹?在A時(shí)刻就出現(xiàn)故障,因換流變D側(cè)繞組阻抗較大,因此短路電流從大地流入,D側(cè)繞組沒有電流流過;在B時(shí)刻前Y側(cè)閥1和閥2導(dǎo)通,故障后閥1向閥3換向不成功,發(fā)生倒換相,接著閥2向閥4換相后,Y橋閥1和閥4形成A相旁通對(duì),緊接著C時(shí)刻控制系統(tǒng)發(fā)出跳閘及投旁通對(duì)指令,D橋閥1、閥4開通,極IIA相橋臂旁通,直流側(cè)短路;D時(shí)刻斷路器主觸頭分開,交流電壓消失。從故障錄波圖可以初步判斷,在C相換流變閥側(cè)2.1套管CT與繞組之間發(fā)生短路,短路電流通過A、C相繞組由短路點(diǎn)入地,又通過接地極返回,因此C相2.1套管CT未能感受到短路電流。為了便于分析整個(gè)故障和保護(hù)動(dòng)作過程中各種電流的變化,把圖5進(jìn)行簡(jiǎn)化整理,并標(biāo)明電流方向。2.2.1d側(cè)換流變電流過大,d側(cè)換流變溫度較高。d側(cè)換流變故障初期短路電流見圖6。當(dāng)C相換流變產(chǎn)生接地故障時(shí),正常的直流電流立即從接地點(diǎn)和接地極構(gòu)成回路,由于D側(cè)變壓器阻抗遠(yuǎn)大于地電阻,因此,D側(cè)換流變電流立即降至0,且IdDC被短路,IdYC和IdDC間產(chǎn)生差流,這也是閥差保護(hù)最先檢測(cè)到故障的原因。閥差保護(hù)出口投旁通對(duì)后,由于系統(tǒng)中同時(shí)存在交流短路和直流短路,需要根據(jù)交流電流不同的方向分別加以說明。2.2.2a相串聯(lián)a相串聯(lián)泄漏圖7為投旁通對(duì)后,UA>UC時(shí),短路電流從換流變C相繞組流入,A相繞組流出,在整流側(cè)移相閉鎖之前,短路電流通過直流線路和整流側(cè)換流閥,再通過大地流回故障點(diǎn)。在此期間,IdDC仍然被旁路,沒有電流流過,IacY_L1和IdYC上流過的電流相同。2.2.3短路電流過大時(shí),a圖8包括左右兩個(gè)網(wǎng)孔,左側(cè)網(wǎng)孔中箭頭表示交流兩相短路電流,從換流變A相繞組流入,C相繞組流出,經(jīng)過故障點(diǎn)流入大地,再通過A相旁通對(duì)返回A相繞組;右側(cè)網(wǎng)孔中箭頭表示直流線路放電電流,通過旁通對(duì)、直流線路、整流側(cè)換流閥和接地極構(gòu)成回路。在此過程中,A相的三個(gè)換流閥由于同時(shí)疊加交流兩相短路電流和直流線路放電電流,因此流過的電流非常大以至于IdDC飽和。從上述分析可以看出短路電流變化過程:故障初期,短路電流通過接地極流入故障點(diǎn),D側(cè)換流變和IdDC被旁路,閥差動(dòng)電流產(chǎn)生,由于回路中存在整流側(cè)、逆變側(cè)變壓器和直流線路,因此短路電流峰值不大;閥差保護(hù)動(dòng)作投入旁通對(duì)后,由于換流閥存在單向?qū)ㄐ?隨著交流電壓的變化,系統(tǒng)中交替出現(xiàn)交流短路和直流短路。3短路電流的判斷現(xiàn)場(chǎng)排油拔套管后檢查確認(rèn)極IIC相換流變閥側(cè)2.1套管下部升高座內(nèi)CT附近絕緣擊穿,瓷套爆裂。結(jié)合錄波圖可以判斷,在套管CT和繞組之間的部位最先擊穿放電,短路電流流過A、C相換流變繞組,但是只有A相CT能夠感受到電流,隨著故障過程的發(fā)展,整個(gè)升高座CT部位都存在放電現(xiàn)象,隨著CT兩側(cè)過渡電阻的變化,C相換流變2.1套管CT有時(shí)感受到短路電流,有時(shí)感受不到短路電流。這一點(diǎn)可以通過錄波圖C相2.1套管CT電流的變化得到印證。4橋差、閥差保護(hù)的改進(jìn)方案該次故障發(fā)生在換流變閥側(cè),在直流輸電系統(tǒng)中比較特殊。故障區(qū)域?qū)嶋H上由換流變保護(hù)和換流閥保護(hù)同時(shí)覆蓋,因?yàn)殚y側(cè)套管短路接地即換流閥橋臂接地,二者在電氣連接上是一致的。該次故障中最先檢測(cè)到差流并出口動(dòng)作的是閥差動(dòng)保護(hù),這里面存在兩個(gè)問題:①?gòu)膱D9上看,換流閥區(qū)域的主保護(hù)橋差保護(hù)(即閥短路保護(hù))到故障后20ms才檢測(cè)到差流;而最先檢測(cè)到差流的閥差動(dòng)保護(hù)作為換流閥區(qū)域的后備保護(hù),動(dòng)作延時(shí)較長(zhǎng);②閥差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作后會(huì)投入旁通對(duì)(橋差保護(hù)動(dòng)作后不投旁通對(duì)),而正是由于旁通對(duì)的投入,實(shí)際上造成了換流變的交流兩相短路,使A相換流變以及A相的三個(gè)單閥流過了非常大的短路電流,擴(kuò)大了故障范圍,危害了一次主設(shè)備的安全運(yùn)行。為了分析故障中暴露出來的問題,并提出改進(jìn)方案,對(duì)該次故障中涉及到的橋差保護(hù)、閥差保護(hù)的原理進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。該次故障也在換流變差動(dòng)保護(hù)的范圍內(nèi),但是變壓器比率差動(dòng)保護(hù)存在固有的計(jì)算時(shí)間20ms,其動(dòng)作速度是無法和直流保護(hù)相比的。拔套管檢查見圖10,橋差保護(hù)原理見表3,閥差保護(hù)原理見表4?？梢钥闯?閥差保護(hù)除了比橋差保護(hù)動(dòng)作較慢之外,最大的區(qū)別就是閥差保護(hù)動(dòng)作后投入旁通對(duì),即同時(shí)觸發(fā)同相的4個(gè)換流閥,換流器的其他8個(gè)換流閥全都閉鎖。旁通對(duì)投入后直流回路被旁通對(duì)短路,換流器的交流側(cè)只有與旁通對(duì)連接的交流相與直流回路相連,其他兩相被閉鎖閥阻斷,從而可以減小因故障而使換流變壓器發(fā)生直流偏磁,同時(shí)也可以迅速隔離交直流回路。而橋臂短路時(shí),換流閥正反向都可導(dǎo)通,投旁通對(duì)無法隔離故障橋臂,為了避免嚴(yán)重的交流短路,橋差保護(hù)動(dòng)作后直接閉鎖換流閥,不投旁通對(duì)。葛—南工程中橋差保護(hù)通過max(IVY)-IdYC檢測(cè)差流,在橋臂短路情況下可以非常靈敏地檢測(cè)出故障,但在橋臂接地故障時(shí)(本次故障類型),故障初期,閥交流測(cè)和直流極線側(cè)流過的電流相同,所以檢測(cè)不到差流。表5、表6比較了幾個(gè)正在運(yùn)行的直流工程橋差保護(hù)差動(dòng)電流檢測(cè)邏輯。葛—南、龍—政、宜—華工程中,閥短路保護(hù)采用同樣的差流檢測(cè)邏輯,閥交流側(cè)電流最大值減去直流側(cè)電流最大值,因此存在同樣的問題——只能檢測(cè)橋臂短路故障,無法檢測(cè)橋臂接地故障。如果改進(jìn)差流檢測(cè)邏輯為閥交流側(cè)電流最大值減去直流側(cè)電流最小值,則既可檢測(cè)橋臂短路,也可檢測(cè)橋臂接地故障。例如在該次南橋事故中,直流側(cè)IdDC由于閥側(cè)接地而被旁路,如果橋差保護(hù)差流檢測(cè)邏輯改為max(IVY,IVD)-min(IdYC,IdDC),則可以在第一時(shí)間檢測(cè)到故障,從而迅速移相閉鎖,同時(shí)避免投入旁通對(duì)導(dǎo)致交流兩相短路。幾個(gè)正在進(jìn)行的直流工程的閥短路保護(hù)都可以按照同樣的方法進(jìn)行改進(jìn)。5橋臂短路保護(hù)動(dòng)作時(shí)序分析故障錄波分析在直流輸電系統(tǒng)故障分析中占有舉足輕重的地位。通過對(duì)故障錄波圖的細(xì)致分析,可以推斷一次設(shè)備故障點(diǎn)、故障類型和故障的嚴(yán)重程度,通過對(duì)保護(hù)動(dòng)作時(shí)序的分析,可以判斷各類型保護(hù)是否