华北电力大学郑涛团队特稿：基于等效漏电感参数辨识的磁控式并联电抗器匝间故障保护方案

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导语

华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室研究人员刘校销、郑涛、黄婷，在《电工技术学报》2020年第1期上撰文（论文标题为《基于等效漏电感参数辨识的磁控式并联电抗器匝间故障保护方案》）。该文针对磁控式并联电抗器匝间故障保护灵敏度低、识别难度大的这一难题，利用匝间故障时等效漏电感参数变化明显的差异特征，提出了基于等效漏电感参数辨识的磁控式并联电抗器匝间故障保护方案。

研究背景

磁控式并联电抗器（Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR）可直挂于超/特高压电力系统，能够实现对系统无功和电压的控制，可根据系统运行需要平滑调节自身容量，是解决超/特高压交流输电线路无功补偿和限制过电压矛盾的有效措施。2013年7月在新疆与西北主网联网第二通道的鱼卡开关站投运了我国亦是世界上首台750kV的MCSR，额定容量为330Mvar，其接线示意图及主网图如图1所示。

图1 鱼卡站MCSR 接线示意图

性能优越的本体保护是确保MCSR安全可靠运行的关键，在国家自然科学基金面上项目（51677069）超/特高压磁控式并联电抗器保护新原理及其关键问题研究资助下，课题组结合我国亦是世界首台750kV MCSR的本体保护在研制和示范工程调试中遇到的难题，重点开展MCSR本体保护新原理、不同合闸方式暂态过程及保护闭锁措施、容量调节暂态过程及保护防误动方法研究。

该文重点围绕MCSR匝间保护新原理展开研究，由于MCSR特殊的铁心结构及绕组连接方式，使得MCSR匝间故障特性极为复杂，而已有保护方案可靠性、灵敏度不足，且无法识别故障绕组。针对目前MCSR匝间故障的保护灵敏度不足，传统保护方案的适应性不明确等问题，研究具有高可靠性和灵敏度的MCSR匝间保护新原理有重要意义。

论文所解决的问题及意义

本文提出了基于等效漏电感参数辨识的保护新方案，为MCSR匝间故障保护及故障定位提供了有效手段，解决了磁控式并联电抗器匝间故障保护灵敏度低、识别难度大且无法定位故障绕组的难题，对实际工程具有重要参考价值。

论文方法及创新点

论文总体研究方法如图2所示。

图2 论文研究方案

具体研究方法如下：

（1）匝间故障发生后，绕组中电流分布的改变使得MCSR铁心磁场尤其是漏磁场分布发生变化，因此等效漏电感参数也会发生相应的改变。

（2）基于MCSR网侧与控制侧、补偿侧的电压回路等效电路，推导了适用于三相MCSR的等效漏电感参数辨识模型。采用带遗忘因子的递推最小二乘法，实时辨识MCSR网-控、网-补回路的等效漏电感参数。

（3）发生故障后，故障相网-控、网-补回路等效漏电感参数变化明显，可利用等效漏电感参数变化率构成匝间保护启动判据；进一步，故障相与非故障相的等效漏电感参数辨识结果差异较大，利用网-控、网-补回路等效漏电感参数三相差异度构建故障绕组识别判据。

（4）基于MATLAB/Simulink搭建了750kV MCSR仿真模型，对不同运行工况下的等效漏电感参数辨识结果及保护方案的正确性进行了分析，正常运行、带励磁合闸及区外故障下，参数辨识结果均接近稳态运行下的值；MCSR匝间故障时，故障相等效漏电感参数变化明显，保护方案可准确识别匝间故障，并对故障绕组进行定位。

结论

1）本文推导了磁控式并联电抗器三相通用的参数辨识模型，利用递推最小二乘算法进行计算，实时监控网-控、网-补回路等效漏电感参数的变化。故障发生后，故障相的等效漏电感参数变化明显，且故障相与非故障相差异较大。

2）本文构建了基于等效漏电感参数变化率和三相差异度的保护方案，并基于实际工程搭建750kV磁控式并联电抗器仿真模型对参数辨识结果及保护方案验证。新方案在MCSR正常运行、带预励磁合闸及区外故障下，不会发生误动；在任一绕组发生匝间故障时，能够快速识别出故障，并能够实现故障绕组的定位。

团队介绍

郑涛，华北电力大学电气与电子工程学院教授，博导，四方研究所副所长，“新能源电力系统”国家重点实验室固定研究人员。团队目前有2名博士研究生，20名硕士研究生。

2016年荣获中国电力科学技术进步一等奖，2019年荣获中国电力科学技术进步二等奖、三等奖各一项及宁夏回族自治区科学技术进步奖三等奖；主持国家自然科学基金项目2项，参与国家重点研发计划专项课题1项，973项目1项，863项目2项；发表及录用SCI检索论文16篇，EI检索论文80余篇；授权国家发明专利21项；出版学术专著《超/特高压变压器差动保护关键技术与新原理》1部。

主要从事超特高压变压器/可控并联电抗器故障特性分析及保护配置、保护新原理研究；风力发电系统、光伏系统故障机理和保护新算法研究；高压直流输电/地磁暴引发的直流偏磁对交流系统保护的影响研究；交直流输电故障耦合机理研究等。

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