王俊平

(黑龍江省電力有限公司檢修公司齊齊哈爾分部,黑龍江 齊齊哈爾 161000)

可控串補(bǔ)區(qū)內(nèi)故障間隙自觸發(fā)問(wèn)題分析及處理建議

王俊平

(黑龍江省電力有限公司檢修公司齊齊哈爾分部,黑龍江 齊齊哈爾 161000)

針對(duì)馮屯500 kV可控串補(bǔ)站在區(qū)內(nèi)瞬時(shí)性單相接地故障過(guò)程中的火花間隙系自觸發(fā)問(wèn)題,筆者根據(jù)火花間隙的結(jié)構(gòu)和原理,結(jié)合伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作和錄波數(shù)據(jù), 分析了火花間隙的自觸發(fā)原因,結(jié)果表明,火花間隙的自觸發(fā)與火花間隙元件本身和環(huán)境因素有關(guān),伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)火花間隙自觸發(fā)屬于誤觸發(fā)。同時(shí),為保證伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)系統(tǒng)安全運(yùn)行,提出對(duì)投運(yùn)火花間隙進(jìn)行定期維檢建議。

可控串補(bǔ);火花間隙;金屬氧化物限壓器;保護(hù)動(dòng)作;間隙自觸發(fā)

可控串補(bǔ)(TCSC)是靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)中較成熟的技術(shù)之一,在一定范圍內(nèi)靈活改變串補(bǔ)裝置的電抗,可以有效縮短交流輸電的等值電氣距離,提高輸電能力和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,同時(shí)還具有阻尼系統(tǒng)低頻功率振蕩、調(diào)節(jié)線(xiàn)路潮流的作用,與固定串補(bǔ)相(FCS)比,能夠在故障期間通過(guò)晶閘管旁路降低短路電流,對(duì)抑制系統(tǒng)次同步諧振能夠起到一定的作用。因此,本文闡述了可控串補(bǔ)火花間隙的結(jié)構(gòu)和觸發(fā)原理,以2014年7月9日伊馮甲線(xiàn)發(fā)生W相瞬時(shí)性接地故障為例,分析了可控串補(bǔ)火花間隙自觸發(fā)的原因,提出了保證火花間隙可靠運(yùn)行措施,以提高可控串補(bǔ)可用率。

1 故障情況概述

馮屯500 kV串補(bǔ)站2014年7月9日15時(shí)46分,伊馮甲線(xiàn)發(fā)生W相瞬時(shí)性接地故障,線(xiàn)路保護(hù)正確動(dòng)作,線(xiàn)路重投成功,故障測(cè)距107 km,故障電流4200 A。伊馮甲線(xiàn)固定串補(bǔ)裝置W相固定串補(bǔ)重投成功;可控串補(bǔ)金屬氧化物限壓器(MOV)保護(hù)動(dòng)作,線(xiàn)路保護(hù)退W相可控串補(bǔ),W相間隙自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作,線(xiàn)路聯(lián)跳保護(hù)動(dòng)作,合三相可控旁路斷路器,可控串補(bǔ)裝置退出運(yùn)行,未自動(dòng)重投。在此期間伊馮甲線(xiàn)正常運(yùn)行,伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)控制保護(hù)SOE信息如表1所示。

2 馮屯500 kV可控串補(bǔ)火花間隙及火花間隙自觸發(fā)保護(hù)

2.1 馮屯500 kV可控串補(bǔ)火花間隙結(jié)構(gòu)及觸發(fā)原理

火花間隙系統(tǒng)是串補(bǔ)補(bǔ)償平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備,是串聯(lián)補(bǔ)償電容器組工頻暫時(shí)過(guò)電壓和金屬氧化物限壓器過(guò)載的重要保護(hù)設(shè)備。由于觸發(fā)方式不同,火花間隙可為分壓式間隙和等離子間隙兩種類(lèi)型,一般設(shè)計(jì)為強(qiáng)制觸發(fā)型?；鸹ㄩg隙強(qiáng)制觸發(fā)回路如圖1所示。

表1 伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作SOE信息

圖1 火花間隙強(qiáng)制觸發(fā)回路

馮屯串補(bǔ)站可控串補(bǔ)火花間隙的觸發(fā)方式采用強(qiáng)制觸發(fā)方式,火花間隙采用單間隙型式,由觸發(fā)回路和主間隙組成。主間隙內(nèi)部又分為閃絡(luò)間隙和續(xù)流間隙兩部分。為使火花間隙系統(tǒng)能夠安全運(yùn)行,火花間隙的自觸發(fā)電壓應(yīng)高于金屬氧化物限壓器的過(guò)電壓保護(hù)水平,并留有安全裕度,兩者的配合系數(shù)一般取1.1,當(dāng)MOV的電壓保護(hù)水平為2.4 p.u,則保護(hù)火花間隙的自觸發(fā)電壓為2.5 p.u?；鸹ㄩg隙觸發(fā)的導(dǎo)通時(shí)間、不觸發(fā)條件下的最小工頻放電電壓、火花間隙介質(zhì)強(qiáng)度的恢復(fù)時(shí)間以及恢復(fù)電壓等性能指標(biāo)需通過(guò)試驗(yàn)確定。

火花間隙是金屬氧化物限壓器的主保護(hù)和電容器的后備保護(hù),接受到觸發(fā)命令,可以瞬間放電,在線(xiàn)路出現(xiàn)故障、MOV過(guò)載或其他需要快速旁路電容器組的情況下,通過(guò)觸發(fā)調(diào)節(jié)間隙的距離以滿(mǎn)足不同的保護(hù)整定值和故障情況[2]。對(duì)火花閃絡(luò)間隙的要求:間隙距離固定,自然閃絡(luò)電壓穩(wěn)定,重復(fù)閃絡(luò)多次后仍能維持穩(wěn)定的自然閃絡(luò)電壓;觸發(fā)閃絡(luò)電壓不應(yīng)受環(huán)境條件影響。

火花間隙自放電原理如下:火花間隙兩端承受串聯(lián)電容器組上的電壓,電壓平均分配在均壓電容上,當(dāng)電壓達(dá)到密封間隙T1的自放電電壓時(shí),兩個(gè)密封間隙導(dǎo)通;后電壓通過(guò)電容的充電過(guò)程全部集中在電容器C1上,主間隙M1擊穿,電容器放電;電壓過(guò)渡到電阻器R上,主間隙M2擊穿,火花間隙自放電導(dǎo)通[3]?；鸹ㄩg隙自觸發(fā)動(dòng)作完全取決于間隙兩端的電壓,不依賴(lài)與控制保護(hù)邏輯和故障點(diǎn)范圍?；鸹ㄩg隙的自放電應(yīng)設(shè)置高于金屬氧化物限壓器建立的保護(hù)電壓水平。有指令時(shí)快速觸發(fā),無(wú)指令時(shí)不動(dòng)作?？梢?jiàn),火花間隙的快速性、可靠性影響了整個(gè)可控串補(bǔ)系統(tǒng)的安全。因此,有必要對(duì)火花間隙自觸發(fā)進(jìn)行研究分析。

2.2 火花間隙的自觸發(fā)保護(hù)功能及串補(bǔ)保護(hù)錄波分析

火花間隙工作應(yīng)在可控觸發(fā)模式下,在串補(bǔ)控制保護(hù)裝置判斷MOV電流、吸收能量或溫升超過(guò)定值的情況下應(yīng)可靠觸發(fā)?；鸹ㄩg隙自觸發(fā)保護(hù)是指火花間隙自主擊穿,保護(hù)系統(tǒng)在未發(fā)出間隙觸發(fā)命令時(shí)檢測(cè)到間隙有電流,火花間隙沒(méi)有自熄滅功能,則該保護(hù)動(dòng)作,保護(hù)動(dòng)作閉合三相旁路斷路器[4]?；鸹ㄩg隙自觸發(fā)保護(hù)設(shè)置主要目的是作為火花間隙的自身保護(hù)。若最近兩次間隙自觸發(fā)間隔超過(guò)1 h,則本次保護(hù)動(dòng)作后經(jīng)延時(shí)串補(bǔ)自動(dòng)重投,否則禁止重投。伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)保護(hù)錄波如圖2所示。

由圖2分析可知,在保護(hù)發(fā)出間隙觸發(fā)命令(低電平有效)前間隙已有電流,保護(hù)檢測(cè)到火花間隙電流且此時(shí)保護(hù)裝置未發(fā)出間隙觸發(fā)命令,故間隙自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作,保護(hù)動(dòng)作符合其判據(jù),動(dòng)作正確。另外,在保護(hù)最初設(shè)計(jì)時(shí),為保障可控串補(bǔ)的安全,在間隙自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作后,若再有其他保護(hù)動(dòng)作如單相金屬氧化物限壓過(guò)電流、單相線(xiàn)路聯(lián)動(dòng)等,則可控串補(bǔ)不再自動(dòng)重投。線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作退故障相可控串補(bǔ)保護(hù)是指可控串補(bǔ)控制保護(hù)系統(tǒng)收到線(xiàn)路保護(hù)的聯(lián)動(dòng)信號(hào),確認(rèn)該信號(hào)有效則該保護(hù)動(dòng)作,觸發(fā)故障相火花間隙(包括晶閘管閥),單相線(xiàn)路聯(lián)動(dòng)則閉合故障相旁路斷路器(故障相兩側(cè)線(xiàn)路斷路器跳閘后,避免了線(xiàn)路斷路器暫態(tài)恢復(fù)電壓超標(biāo)[5];為了減少潛供電流,保證重合閘的快速動(dòng)作[6])且經(jīng)延時(shí)自動(dòng)重投,多相線(xiàn)路聯(lián)動(dòng)閉合三相旁路斷路器且不重投。錄波器波形開(kāi)關(guān)量信息及保護(hù)動(dòng)作SOE信息表均表明,這種工況屬于火花間隙自觸發(fā)伴隨線(xiàn)路故障(線(xiàn)路聯(lián)動(dòng))發(fā)生,與固定串補(bǔ)相比,可控串補(bǔ)多了晶閘管閥組,其安全運(yùn)行條件較苛刻,故此種情況下固定串補(bǔ)可以重投,而可控串補(bǔ)不再自動(dòng)重投。

圖2 伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)保護(hù)錄波圖

3 火花間隙自觸發(fā)原因分析

火花間隙的主要特點(diǎn)體現(xiàn)在火花間隙導(dǎo)通的可控性?；鸹ㄩg隙自觸發(fā)是指當(dāng)火花間隙兩端的電壓達(dá)到一定的電壓水平時(shí),在未接收到串補(bǔ)保護(hù)裝置發(fā)送的觸發(fā)命令時(shí),火花間隙的電極過(guò)壓擊穿,形成放電回路從而導(dǎo)通,這是火花間隙本身的物理特性[7]?；鸹ㄩg隙自觸發(fā)擊穿(包括強(qiáng)制觸發(fā)擊穿),電容器組中巨大能量可以釋放,可靠保護(hù)金屬氧化物限壓器,并間接保護(hù)串聯(lián)補(bǔ)償電容器組。從火花間隙系統(tǒng)及觸發(fā)原理可知,導(dǎo)致間隙自觸發(fā)的原因,主要可能有以下幾種。

1) 火花間隙放電電壓具有一定的分散性?；鸹ㄩg隙的觸發(fā)動(dòng)作不應(yīng)受溫度、濕度、大氣壓力、電磁干擾等外界環(huán)境因素的影響[8]。球形或半球形火花間隙放電電壓穩(wěn)定性好,但現(xiàn)場(chǎng)串補(bǔ)裝置的火花間隙受上述諸多因素影響,放電電壓因而具有一定分散性。

2) 觸發(fā)火花間隙放電電壓的影響。觸發(fā)火花間隙被密封在瓷套內(nèi),受環(huán)境因素影響較小,其放電電壓具有較好的穩(wěn)定性。觸發(fā)火花間隙放電電壓與氣隙距離成線(xiàn)性關(guān)系,只要?dú)庀毒嚯x不發(fā)生變化,放電電壓不會(huì)發(fā)生變化。

3) 電容均壓系統(tǒng)的影響。由于串補(bǔ)裝置投入運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),火花間隙相關(guān)元件可能出現(xiàn)缺陷,如均壓電容元件可能發(fā)生部分電容擊穿,使電容器電容量減少,導(dǎo)致火花間隙電壓分布不均勻。如果低壓側(cè)間隙承擔(dān)電壓高,就會(huì)導(dǎo)致火花間隙在串補(bǔ)未到定值就發(fā)生自放電[9]。

可控串補(bǔ)火花間隙自觸發(fā),必將造成可控串補(bǔ)不再重投。馮屯串補(bǔ)站投運(yùn)以來(lái),由于夏、秋季氣溫高,空氣相對(duì)密度低,火花間隙放電電壓低,易放電等多種因素,先后導(dǎo)致3起線(xiàn)路瞬時(shí)性故障可控串補(bǔ)未重投:2009年09月01日,500 kV伊馮甲線(xiàn)U相線(xiàn)路故障,重合成功,串補(bǔ)固定重投成功,可控未重投;2014年07月09日,伊馮甲線(xiàn)發(fā)生W相線(xiàn)路故障,串補(bǔ)固定重投成功,可控未重投;2014年9月25日,伊馮甲線(xiàn)U相瞬時(shí)故障重合成功,伊馮甲線(xiàn)固定串補(bǔ)裝置重投成功,可控串補(bǔ)未重投。為了保證火花間隙在任何條件下都有觸發(fā)系統(tǒng)控制放電,而不發(fā)生自放電,閃絡(luò)間隙的距離必須根據(jù)夏天的最低大氣密度來(lái)整定。由于線(xiàn)路故障電流較大,造成電容器兩端電壓突然急劇增大,再加上間隙導(dǎo)通受環(huán)境、氣候等不確定外界因素的影響,導(dǎo)致主間隙兩端絕緣降低而擊穿,進(jìn)而主間隙導(dǎo)通。保護(hù)動(dòng)作發(fā)生在陰雨天氣,依據(jù)掌握的其他線(xiàn)路串補(bǔ)裝置的運(yùn)維數(shù)據(jù),在天氣為陰雨、下雪或大霧天氣情況下線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)極易發(fā)生主間隙在沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)導(dǎo)通電壓的情況下導(dǎo)通而引發(fā)火花間隙自觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作。因此,2014年7月9日15時(shí)46分伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)火花間隙自觸發(fā)屬于誤觸發(fā)。

4 結(jié)論及建議

通過(guò)伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)保護(hù)錄波信息和火花間隙自觸發(fā)分析結(jié)果可知,伊馮甲線(xiàn)單相瞬時(shí)性接地過(guò)程中,可控串補(bǔ)裝置控制保護(hù)動(dòng)作正常,可控火花間隙在沒(méi)有收到點(diǎn)火觸發(fā)信號(hào)的條件下發(fā)生區(qū)內(nèi)故障提前擊穿,屬于誤觸發(fā)?；鸹ㄩg隙自觸發(fā)的原因與火花間隙元件本身和環(huán)境因素有關(guān)。因此,為了伊馮甲線(xiàn)可控串補(bǔ)的安全可靠運(yùn)行,建議定期對(duì)投運(yùn)的火花間隙參數(shù)進(jìn)行以下幾個(gè)方面維護(hù)檢試。

1) 間隙的間隙外殼、支撐絕緣子、穿墻套管、各電極以及均壓電容器等其他零部件的外觀檢查,確認(rèn)無(wú)破損和漏油情況。

2) 各電極、支撐絕緣子、穿墻套管和均壓電容器表面需要用布將其表面擦拭干凈。如果石墨電極表面有灼燒痕跡,需用銼刀和砂布小心打磨,使其表面平整、光滑后再用布擦拭干凈。

3) 定期對(duì)投運(yùn)的串補(bǔ)裝置火花間隙參數(shù)進(jìn)行測(cè)試,如均壓電容參數(shù)、觸發(fā)間隙放電電壓、穿墻套管介質(zhì)損失和電容量及均壓電容放電回路的電阻。

4) 火花間隙放電電壓可能會(huì)受到環(huán)境因素影響,需要在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境做各種溫度和濕度下間隙放電電壓檢測(cè),研究火花間隙在不同溫度、氣壓和濕度情況下火花間隙放電電壓的變化規(guī)律。

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(責(zé)任編輯 侯世春)

Analysis and treatment of gap self-triggering on TCSC at in-area fault

WANG Junping

(Heilongjiang Electric Power Company Limited Overhaul Company Qiqihar Branch, Qiqihar 161000, China)

Aiming at the spark gap self-triggering occurring during the in-area transient single-phase grounding in Fengtun 500 kV TCSC station, the author analyzes the cause for spark gap self-triggering, on the basis of the structure and principle of spark gap, combined with the TCSC protection action and the recorded data of Yifeng Line A. The result shows that self-triggering relates to spark gap component and its environment, besides TCSC spark gap self-triggering of Yifeng Line A is a fault. In order to guarantee the safe operation of the TCSC system of Yifeng Line A, the paper advises to maintain and overhaul spark gap periodically.

TCSC; spark gap; MOV; protection action; gap self-triggering

2015-01-15。

王俊平(1972—),男,高級(jí)技師,現(xiàn)從事變電站、串補(bǔ)站運(yùn)行維護(hù)工作。

TM772

A

2095-6843(2015)04-0364-04