研究背景

磁控式并聯電抗器（Magnetically Controlled Shunt Reactor，MCSR）可直掛于超/特高壓電力系統，能夠實現對系統無功和電壓的控制，可根據系統運行需要平滑調節自身容量，是解決超/特高壓交流輸電線路無功補償和限制過電壓矛盾的有效措施。2013年7月在新疆與西北主網聯網第二通道的魚卡開關站投運了我國亦是世界上首臺750kV的MCSR，額定容量為330Mvar，其接線示意圖及主網圖如圖1所示。

圖1 魚卡站MCSR 接線示意圖

性能優越的本體保護是確保MCSR安全可靠運行的關鍵，在國家自然科學基金面上項目（51677069）超/特高壓磁控式并聯電抗器保護新原理及其關鍵問題研究資助下，課題組結合我國亦是世界首臺750kV MCSR的本體保護在研制和示范工程調試中遇到的難題，重點開展MCSR本體保護新原理、不同合閘方式暫態過程及保護閉鎖措施、容量調節暫態過程及保護防誤動方法研究。

該文重點圍繞MCSR匝間保護新原理展開研究，由于MCSR特殊的鐵心結構及繞組連接方式，使得MCSR匝間故障特性極為復雜，而已有保護方案可靠性、靈敏度不足，且無法識別故障繞組。針對目前MCSR匝間故障的保護靈敏度不足，傳統保護方案的適應性不明確等問題，研究具有高可靠性和靈敏度的MCSR匝間保護新原理有重要意義。

論文所解決的問題及意義

本文提出了基于等效漏電感參數辨識的保護新方案，為MCSR匝間故障保護及故障定位提供了有效手段，解決了磁控式并聯電抗器匝間故障保護靈敏度低、識別難度大且無法定位故障繞組的難題，對實際工程具有重要參考價值。

論文方法及創新點

論文總體研究方法如圖2所示。

圖2 論文研究方案

具體研究方法如下：

（1）匝間故障發生后，繞組中電流分布的改變使得MCSR鐵心磁場尤其是漏磁場分布發生變化，因此等效漏電感參數也會發生相應的改變。

（2）基于MCSR網側與控制側、補償側的電壓回路等效電路，推導了適用于三相MCSR的等效漏電感參數辨識模型。采用帶遺忘因子的遞推最小二乘法，實時辨識MCSR網-控、網-補回路的等效漏電感參數。

（3）發生故障后，故障相網-控、網-補回路等效漏電感參數變化明顯，可利用等效漏電感參數變化率構成匝間保護啟動判據；進一步，故障相與非故障相的等效漏電感參數辨識結果差異較大，利用網-控、網-補回路等效漏電感參數三相差異度構建故障繞組識別判據。

（4）基于MATLAB/Simulink搭建了750kV MCSR仿真模型，對不同運行工況下的等效漏電感參數辨識結果及保護方案的正確性進行了分析，正常運行、帶勵磁合閘及區外故障下，參數辨識結果均接近穩態運行下的值；MCSR匝間故障時，故障相等效漏電感參數變化明顯，保護方案可準確識別匝間故障，并對故障繞組進行定位。

結論

1）本文推導了磁控式并聯電抗器三相通用的參數辨識模型，利用遞推最小二乘算法進行計算，實時監控網-控、網-補回路等效漏電感參數的變化。故障發生后，故障相的等效漏電感參數變化明顯，且故障相與非故障相差異較大。

2）本文構建了基于等效漏電感參數變化率和三相差異度的保護方案，并基于實際工程搭建750kV磁控式并聯電抗器仿真模型對參數辨識結果及保護方案驗證。新方案在MCSR正常運行、帶預勵磁合閘及區外故障下，不會發生誤動；在任一繞組發生匝間故障時，能夠快速識別出故障，并能夠實現故障繞組的定位。

團隊介紹

鄭濤，華北電力大學電氣與電子工程學院教授，博導，四方研究所副所長，“新能源電力系統”國家重點實驗室固定研究人員。團隊目前有2名博士研究生，20名碩士研究生。

2016年榮獲中國電力科學技術進步一等獎，2019年榮獲中國電力科學技術進步二等獎、三等獎各一項及寧夏回族自治區科學技術進步獎三等獎；主持國家自然科學基金項目2項，參與國家重點研發計劃專項課題1項，973項目1項，863項目2項；發表及錄用SCI檢索論文16篇，EI檢索論文80余篇；授權國家發明專利21項；出版學術專著《超/特高壓變壓器差動保護關鍵技術與新原理》1部。

主要從事超特高壓變壓器/可控并聯電抗器故障特性分析及保護配置、保護新原理研究；風力發電系統、光伏系統故障機理和保護新算法研究；高壓直流輸電/地磁暴引發的直流偏磁對交流系統保護的影響研究；交直流輸電故障耦合機理研究等。