一起串補(bǔ)裝置阻尼電阻壓力釋放故障原因分析及改進(jìn)建議

0引言

串補(bǔ)技術(shù)即采用串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)償線路的電抗,從而提高了輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定極限和輸電能力、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性,是對(duì)傳統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)的完善和補(bǔ)充。串聯(lián)補(bǔ)償電容器是促進(jìn)實(shí)現(xiàn)電力長(zhǎng)距離、大容量、高效率傳輸?shù)闹匾b置^[1]。近年來(lái),由輸電線路復(fù)雜性故障原因造成的串補(bǔ)裝置及其附屬保護(hù)設(shè)備異?；蚬收现饾u增加。故有必要第一時(shí)間調(diào)閱每次串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作后故障錄波文件,深入分析波形變化,這對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患有極大的作用,并能為采取有效的檢修策略提供依據(jù)。

1損壞設(shè)備概況

2021年12月29日,某公司檢修人員登上某500 kv 串補(bǔ)裝置平臺(tái)處理A相串補(bǔ)保護(hù)缺陷,發(fā)現(xiàn)A相串補(bǔ)裝置平臺(tái)上阻尼回路的1只線性電阻器壓力釋放, GAP觸發(fā)箱用避雷器損壞、炸裂及其與脈沖電容器連接線斷裂,GAP觸發(fā)箱3支支柱絕緣子齊根斷裂,如圖1所示。

1.1 阻尼裝置介紹

阻尼裝置用于限制GAP觸發(fā)或旁路開關(guān)合閘時(shí)引起的電容器組放電電流的幅值和頻率,以及提供對(duì)電容器組放電振蕩足夠的阻尼,確保電容器組、火花間隙、旁路斷路器的安全運(yùn)行。阻尼裝置由阻尼電 抗器和線性電阻器并聯(lián)組成。在線性電阻器支路中還串聯(lián)有一個(gè)限壓器,只有在強(qiáng)制GAP動(dòng)作或旁路斷路器閉合時(shí),限壓器才將線性電阻器接入回路^[2]。

電容器組通過(guò)阻尼裝置放電后,限壓器起阻斷作用,使線路故障電流只能流過(guò)阻尼電抗器。通過(guò)這種方式,阻尼回路的總損耗可以保持在較低水平。

其中線性電阻器由3個(gè)并聯(lián)電阻器元件組成。電阻器元件用無(wú)磁不銹鋼帶制成,用玻璃纖維加固。它們安裝在瓷外套筒內(nèi)部,以垂直位置固定。線性電阻器技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 GAP及其觸發(fā)箱輔助設(shè)備介紹

GAP及其觸發(fā)箱與串補(bǔ)平臺(tái)電氣原理如圖2所示。損壞避雷器為圖中圈出的觸發(fā)箱避雷器。由于觸發(fā)箱需要與GAP等電位,因此觸發(fā)箱低壓側(cè)與GAP 主間隙低壓側(cè)距離很近,而與平臺(tái)距離較遠(yuǎn)。觸發(fā)箱與平臺(tái)之間的長(zhǎng)連線存在一定的電感,當(dāng)電容器通過(guò)GAP放電時(shí),電流頻率較高,感抗較大,導(dǎo)致觸發(fā)箱與串補(bǔ)平臺(tái)之間會(huì)產(chǎn)生幅值很高的暫態(tài)過(guò)電壓,造成觸發(fā)箱內(nèi)部擊穿放電。因此,需要加裝避雷器,限制過(guò)電壓,防止觸發(fā)箱元器件故障^[3]。

2原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞情況,運(yùn)檢人員又詳細(xì)查看了串補(bǔ)裝置監(jiān)控報(bào)文信息,除“GAP通信中斷、發(fā)送數(shù)據(jù)不正常”告警信息外,未發(fā)出其他任何異常信息。為查清設(shè)備損壞原因,檢修人員調(diào)閱了最近一次串補(bǔ)裝置火花間隙動(dòng)作情況,即2021年12月8日對(duì)應(yīng)線路間隔發(fā)生區(qū)內(nèi)A、B兩相短路故障,串補(bǔ)裝置 GAP動(dòng)作,串補(bǔ)裝置正常旁路。根據(jù)故障錄波圖,A相與B相GAP電流相比發(fā)生了明顯的變化,且A相波形異常。因此,初步懷疑線路相間故障造成阻尼裝置異常,引起后續(xù)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致設(shè)備損壞。具體保護(hù)動(dòng)作情況和原因分析如下。

2.1保護(hù)動(dòng)作情況及原因分析

2.1.1保護(hù)動(dòng)作情況

從開關(guān)量錄波圖3中可看出,在線路發(fā)生A、B相相間故障后,串補(bǔ)控制保護(hù)裝置接收到“線路保護(hù)聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)”信號(hào),保護(hù)動(dòng)作后發(fā)觸發(fā)三相間隙和閉合三相旁路斷路器的命令。

從模擬量錄波圖4中可知,線路發(fā)生A、B相相間故障后,MOV正確動(dòng)作,但因MOV電流未達(dá)到MOV 過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作定值,故MOV過(guò)電流保護(hù)未動(dòng)作。線路聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作后A、B相間隙正常觸發(fā),三相旁路開關(guān)合閘。

2.1.2保護(hù)動(dòng)作初步分析

1)“線路聯(lián)跳串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作”分析:該保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為在串補(bǔ)裝置運(yùn)行時(shí),若線路保護(hù)裝置發(fā)來(lái)的聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)信號(hào)有效,則發(fā)合旁路開關(guān)和觸發(fā)GAP命令。從上述開關(guān)量和模擬量信息分析,在收到線路保護(hù)發(fā)來(lái)的聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作后A、B相間隙正常觸發(fā),三相旁路開關(guān)合閘。保護(hù)動(dòng)作情況與保護(hù)動(dòng)作邏輯相符。

2)“MOV過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作”分析:該保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為若任一相MOV總 電流大于定值 (定值為16 000 A),并達(dá)到保護(hù)延時(shí)(時(shí)間)則發(fā)合旁路開關(guān)和觸發(fā)GAP命令。從MOV暫態(tài)電流錄波圖5可以看出,A、B相線路發(fā)生故障后雖然其電流峰值達(dá)到16800 A,但約312μS后就下降到15972 A,未達(dá)到 MOV過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)延,故MOV過(guò)電流保護(hù)未動(dòng)作,其行為正確。

3)“平臺(tái)閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作”分析:該保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為若串補(bǔ)平臺(tái)上設(shè)備的絕緣損壞,大于定值(定值為16 000 A),并達(dá)到保護(hù)延時(shí)(時(shí)間)則發(fā)合旁路開關(guān)。從電容器放電暫態(tài)過(guò)程中平臺(tái)閃絡(luò)電流錄波圖6,可明顯看出A、B相平臺(tái)均有暫態(tài)過(guò)程,B相平臺(tái)電流瞬時(shí)消失,但A相平臺(tái)電流放電過(guò)程持續(xù)約470μS,且放電頻率較高(2 500 Hz左右),由于平臺(tái)閃絡(luò)保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)為200 ms遠(yuǎn)大于470μs,故而平臺(tái)閃絡(luò)保護(hù)未動(dòng)作,其行為正確。

從上述保護(hù)動(dòng)作分析,發(fā)現(xiàn)A相串補(bǔ)平臺(tái)出現(xiàn)2500 Hz左右的放電電流,與正常放電600 Hz左右存在明顯差異,A相平臺(tái)暫態(tài)過(guò)程可能是造成設(shè)備損壞的主要原因,故有必要進(jìn)一步深入分析研判高頻放電電流,找出造成設(shè)備損壞的直接原因。

2.2 高頻放電和設(shè)備損壞原因分析及仿真計(jì)算

2.2.1高頻放電和設(shè)備損壞原因分析

正常情況下,串補(bǔ)電容器組均通過(guò)阻尼裝置放電,其放電頻率范圍應(yīng)在585~610 Hz。而A相平臺(tái)放電頻率在2 500 Hz左右'而高頻放電波形與電容器組直接放電電流頻率相近'判斷在本次線路故障聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)裝置后,阻尼裝置內(nèi)部異常,導(dǎo)致電容器組發(fā)生直接短路故障,進(jìn)而致使觸發(fā)箱避雷器及其支柱絕緣子損壞^[4]。

2.2.2高頻放電仿真計(jì)算

為了進(jìn)一步驗(yàn)證阻尼裝置內(nèi)部異常是否會(huì)出現(xiàn)上述高頻放電現(xiàn)象,通過(guò)搭建某線路串補(bǔ)的仿真模型,進(jìn)行了仿真計(jì)算。假設(shè)1只阻尼電阻器損壞,壓力釋放。仿真結(jié)果基本再現(xiàn)故障波形及動(dòng)作情況,間隙電流放電頻率在2 500 Hz左右,如圖7所示。

2.2.3阻尼電阻器解體情況

將A相阻尼電阻器返廠解體,發(fā)現(xiàn)壓力釋放的阻尼電阻器上端防爆膜密封圈局部燒損,密封圈均正常安裝在相應(yīng)密封槽內(nèi),表面未見破損及缺陷,密封槽及密封面未見劃傷、銹蝕;氧化鋅電阻片無(wú)擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象;內(nèi)部零部件齊全,氧化鋅電阻片柱側(cè)面、線性電阻片側(cè)面、絕緣桿、瓷套內(nèi)壁均有不同程度電弧灼傷痕跡;芯體上部高壓電極并聯(lián)短接片局部燒斷,低壓電極并聯(lián)短接片受力變形^[5] ; 自上而下第21號(hào)、第22號(hào)線性電阻片裂開,第22號(hào)線性電阻片上表面鋁電極中心有熔融現(xiàn)象。

3 結(jié)論

綜合上述情況,可以判斷阻尼電阻器中線性電阻片可能存在單片缺陷、表面不平整、裝配不平整等原因,從而造成線性電阻片因通流不均炸裂,進(jìn)而發(fā)展成內(nèi)部貫穿放電導(dǎo)致內(nèi)部元件燒損,造成阻尼電阻器壓力釋放,線路保護(hù)聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作,觸發(fā) GAP命令,導(dǎo)致電容器組直接短路放電;其次電容器直接短路放電過(guò)程中,電流頻率很高,造成觸發(fā)箱與平臺(tái)間的電壓成倍增加,導(dǎo)致避雷器擊穿;然后可能是高頻大電流放電過(guò)程中電動(dòng)力拉伸致使支柱絕緣子齊根斷裂^[6]。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)深入分析串補(bǔ)故障波形,推演了一起串補(bǔ)裝置阻尼電阻壓力釋放引起的串補(bǔ)裝置其他設(shè)備損壞過(guò)程,并通過(guò)仿真計(jì)算再現(xiàn)了故障波形及動(dòng)作情況,驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。為避免類似設(shè)備故障再次發(fā)生,提出以下幾點(diǎn)建議:

1)增加線性電阻片表面平整度檢查環(huán)節(jié),可有效增大線性電阻片之間的接觸面積;

2)線性電阻片組裝過(guò)程中確保每個(gè)線性電阻片的良好接觸,從而有效提高阻尼電阻器的通流能力;

3)串補(bǔ)新建或改造工程需明確阻尼電阻器的熱冗余配置方案;

4)在控保系統(tǒng)中增加阻尼電阻器等設(shè)備故障報(bào)警功能,對(duì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患有極大的作用,采取有效的檢修策略提供依據(jù);

5)串補(bǔ)運(yùn)行過(guò)程中如發(fā)生保護(hù)動(dòng)作,應(yīng)及時(shí)查看串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作情況,深入分析波形是否出現(xiàn)異常,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)與廠家溝通。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 郭劍波,武守遠(yuǎn),李國(guó)富,等.甘肅成碧220kv可控串補(bǔ)國(guó)產(chǎn)化示范工程研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2005,29(19):12-17.

[2] 陳葛松,林集明,郭劍波,等.500 kv串補(bǔ)站過(guò)電壓保護(hù)研究[J].電網(wǎng)技術(shù),2001,25(2):21-24.

[3]張孝波.串聯(lián)補(bǔ)償裝置過(guò)電壓與絕緣配合研究[D].武漢:華中科技大學(xué),2013.

[4]桑建平.氧化鋅壓敏電阻片沖擊大電流殘壓特性的研究[J].電瓷避雷器,2005(3):32-35.

[5]王俊平,王雅楠.伊馮串補(bǔ)裝置典型故障原因分析及處理措施[J].電力電容器與無(wú)功補(bǔ)償,2016,37(4):31-36.

[6]夏毅,姚文軍,趙淑珍,等.一起串聯(lián)補(bǔ)償電容器復(fù)雜故障的分析[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2011,35(7):91-96.

2024年第12期第18篇