高抗保护原理与配置优化方案

14.2.5.1　高抗保护原理

高抗的匝间短路是一种常见的内部故障，当短路匝数比较小时，一相匝间短路引起的三相电流不平衡较小，很难被继电保护装置检出；而不管短路匝数多大，纵差保护总是不能反映匝间短路故障。因此，高抗必须采用灵敏可靠的匝间保护，匝间保护由自适应补偿型零功率方向元件、零序阻抗元件以及具有工频变化量浮动门槛的匝间短路保护启动元件共同构成。

自适应补偿型零序功率方向元件。电抗器内部匝间短路故障时，零序电流的相位超前零序电压接近90°；当电抗器内部单相接地短路故障时，零序电流的相位超前零序电压；而电抗器外部单相接地短路故障时，零序电流的相位则落后零序电压。因此可以利用电抗器首端零序电流与零序电压的相位关系来区分电抗器的匝间短路、内部接地短路和电抗器外部接地短路。由于系统的零序阻抗相对于电抗器的零序阻抗而言非常小，当发生匝间短路时，其零序源在电抗器内部，零序电流在系统零序阻抗上的压降（零序电压）很小，为了提高匝间短路保护的灵敏度需要对零序电压进行补偿。

零序阻抗元件。电抗器的一次零序阻抗一般为几千欧姆，而系统的一次零序阻抗通常为几十欧姆，保护装置可以通过测量电抗器端口零序阻抗，判断是否发生匝间故障。在电抗器发生匝间短路和内部单相接地故障时，电抗器端口测量到的零序阻抗是系统的零序阻抗；在电抗器发生外部单相接地故障时，电抗器端口测量到的零序阻抗是电抗器的零序阻抗，利用两者测量数值上的较大差异可以区分电抗器的匝间短路、内部接地短路和电抗器外部接地短路。

匝间保护启动元件。为了保证匝间保护在暂态过程中不误动作，如线路（或串补线路）非全相运行、线路（或串补线路）发生接地故障后重合闸再重合、开关非同期、带线路（或串补线路）空充电抗器、线路两端开关跳开后的LC振荡、区外故障与非全相伴随系统振荡等，因此装置在匝间保护中设置了具有浮动门槛的起动元件。

采用自适应补偿的零序功率方向元件、零序阻抗元件以及具有工频变化量浮动门槛的匝间短路保护起动元件三者共同构成的匝间短路保护，在提高匝间保护动作灵敏度的同时也能确保在外部短路以及任何非正常运行工况下不误动作，匝间保护逻辑如图14-15所示。

图14-15　匝间保护逻辑框图

14.2.5.2　高抗保护配置

1000kV高抗通常配置双重化的主、后备高抗电气量保护和一套非电气量保护。其中，高抗主保护为差动保护、零序差动保护、匝间保护；高抗后备保护为过电流保护、零序过电流保护、过负荷保护；高抗的中性点电抗器配置过电流和过负荷保护；高抗的非电气量保护包括主电抗器和中性点电抗器的非电气量保护。另外，在线路高抗无专用断路器情况下，高抗电气量保护动作除跳开本侧线路断路器外，还应通过远方跳闸回路跳开线路对侧断路器。高抗保护典型配置如图14-16所示。

图14-16　高抗保护典型配置

图14-16中所示保护在一台装置内完成，所有电气量只接入装置一次，利用第二组CT和第二台装置完成第二套保护功能（与第一套相同），构成双主、双后备保护。

某特高压线路并联高抗保护配置是：第一套保护为北京四方生产的CSC-330A数字式电抗器保护装置和CSC-336C1数字式非电气量保护装置；第二套保护为南瑞继保生产的PCS-917G高压并联电抗器成套保护装置，具体如表14-12所示。

表14-12　特高压线路并联电抗器保护配置

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续表

14.2.5.3　高抗保护整定

某特高压工程高抗额定参数如表14-13所示。

表14-13　1000kV特高压高抗额定参数

差动保护最小动作电流定值，应按可靠躲过电抗器额定负载时的最大不平衡电流整定。在工程实用整定计算中可选取Iop.min=0.2～0.5Ie，并应实测差回路中的不平衡电流，必要时可适当放大。

差动速断保护定值应可靠躲过线路非同期合闸产生的最大不平衡电流，一般可取3～6倍电抗器额定电流。

零序差动保护按躲过正常运行时可能出现的最大零序差电流和外部单相接地时的不平衡电流来整定。一般可取0.2～0.5倍电抗器额定电流。

主电抗过流保护应躲过在暂态过程中电抗器可能产生的过电流，其电流定值可按电抗器额定电流的1.4倍整定，延时1.5～3s。

主电抗零序过电流保护按躲过空载投入的零序励磁涌流和非全相运行时的零序电流整定，其电流定值可按电抗器额定电流的1.35倍整定，其时限一般与线路接地保护的后备段相配合，一般为2s。

主电抗过负荷保护应躲过主电抗器额定电流，其电流定值可按主电抗器额定电流的1.1倍整定，延时5s。

中性点小电抗过电流保护的定值一般按5倍中性点小电抗额定电流整定，延时时间应可靠躲过线路非全相运行时间和电抗器空载投入的励磁涌流衰减时间，一般为5s。

中性点小电抗过负荷保护的定值一般按1.2倍中性点小电抗额定电流整定，延时时间应可靠躲过线路非全相运行时间和电抗器空载投入的励磁涌流衰减时间，一般为10s。

CT断线应闭锁高抗差动保护，但CT断线后，差动电流达到1.2Ie时差动保护自动解锁开放跳闸出口。