張順麗,李永彬,王 浩
(1.國網(wǎng)河南省電力公司檢修公司,河南 南陽 473000;2.國網(wǎng)河南省電力公司南陽供電公司,河南 南陽 473000)
在某省500 kV變電站中,35 kV低壓無功補(bǔ)償裝置常規(guī)配置有并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器,用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓質(zhì)量,滿足供電要求。其中,低壓并聯(lián)電容器在系統(tǒng)中的作用如下:
(1) 補(bǔ)償感性負(fù)荷和電網(wǎng)感性元件的無功功率,提高功率因數(shù),降低功率損耗和電能損耗;
(2) 改善電壓質(zhì)量;
(3) 提高發(fā)供電設(shè)備的效率;
(4) 減少變配電設(shè)備的投資;
(5) 減少用戶的電費(fèi)支出;
(6) 用于靜止補(bǔ)償器,以提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和維持電壓恒定。
某500 kV變電站低壓無功補(bǔ)償裝置配置有4組電容器、4組電抗器,其中1,2號TBB35-60120/334-AQW低壓并聯(lián)電容器在運(yùn)行中發(fā)生了電容器熔斷器頻繁熔斷現(xiàn)象。
電容器組在系統(tǒng)中的一次主接線如圖1所示。
1,2號電容器于2007-06-19投運(yùn),3,4號電容器于2008-07-05投運(yùn)。投運(yùn)初期,變電站內(nèi)過往負(fù)荷不大,電容器利用率不高。隨著附近大功率用戶(鋼廠、鋁廠等)投產(chǎn)后,感性負(fù)荷增大,為避免系統(tǒng)電壓越下限運(yùn)行,電容器必須投入運(yùn)行。自2011年1,2號電容器投入運(yùn)行以來,電容器鼓肚、漏油情況時有發(fā)生,經(jīng)常出現(xiàn)熔斷器熔斷現(xiàn)象。
圖1 電容器組在系統(tǒng)中的一次主接線示意
電容器熔斷器熔斷時,會出現(xiàn)“保護(hù)跳閘”“差流保護(hù)動作:A相差流,0.200A;B相差流,3.330A;C相差流,0.010A”;B相第16只保險(xiǎn)熔斷;橋差電流不平衡,橋差接線差流值二次側(cè)達(dá)到0.57A,延時0.2 s跳開本回路斷路器。
現(xiàn)以2號電容器2014年4—7月運(yùn)行記錄為例,其熔斷記錄如表1所示。
表1 2號電容器2014年4—7月運(yùn)行熔斷記錄
該500 kV變電站中型號為BAM11/2-334-1W的單只電容器,配置了BR8型系列改進(jìn)型噴射式熔斷器,主要由熔管、熔芯及支架組成,適宜環(huán)境溫度-40—55 ℃。
并聯(lián)電容器的內(nèi)部芯子由多個元件串并聯(lián)組成。當(dāng)某個元件發(fā)生擊穿短路后,在故障電容器內(nèi)部,該故障元件所在串聯(lián)段短路引起電容器內(nèi)部串聯(lián)段減少,電容量增大,流過電容器的電流也相應(yīng)增大,健全的各串聯(lián)元件上的電壓亦隨之增大,因此故障有可能繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)擊穿短路的串聯(lián)元件達(dá)到一定數(shù)值時,與電容器串聯(lián)的熔斷器的熔絲流過的電流增大,使熔體熔斷,其尾線在彈簧反彈拉力的作用下,拉長了熔斷點(diǎn)的電??;同時滅弧管產(chǎn)生氣體,使熔管內(nèi)的壓力迅速增大,致使電弧迅速熄滅,故障電容器與系統(tǒng)隔離,從而起到保護(hù)作用。
熔斷器熔絲的額定電流按1.43—1.55倍電容器額定電流配置,熔斷器在通過該電流時不熔斷,當(dāng)電容器內(nèi)部有50 %—75 %串聯(lián)元件段擊穿短路時適時熔斷。如電容器內(nèi)部元件發(fā)生貫串性短路,熔斷器能在電容器外殼爆裂前開斷,切除電容組中故障電容器,避免事故擴(kuò)大。
熔斷器動作后,要查清動作原因,了解熔斷器是誤動作還是正常動作,必須對熔斷器動作過的電容器進(jìn)行性能檢測。若電容器損壞,必須更換電容器,不允許減容運(yùn)行及帶故障電容器單元合閘。檢查電容器時,一定要測量極間電容量和對殼絕緣電阻,最好開展耐壓試驗(yàn)。
從表1可以看出,2號電容器在2014年4—7月運(yùn)行中連續(xù)熔斷5次。每次熔斷器熔斷后,橋差保護(hù)均動作斷路器跳閘,系統(tǒng)電壓降低,電壓質(zhì)量下降。檢查電容器故障情況及更換熔斷器時,均需將電容器與系統(tǒng)隔離,并做好安全措施。
頻繁更換電容器及熔斷器將造成極大的浪費(fèi),為此需分析電容器熔斷器頻繁熔斷原因,以避免電力設(shè)備物資浪費(fèi),確保系統(tǒng)正常供電,顯得尤為重要和迫切。
電容器組額定電壓為35 kV,超過額定電壓運(yùn)行將造成不允許的過負(fù)荷。電容器在超過1.10倍額定電壓下運(yùn)行,將造成介質(zhì)場強(qiáng)增高而影響電容器的性能和壽命;當(dāng)過電壓的幅值及作用時間超過允許值時,將造成電容器內(nèi)介質(zhì)局部放電、局部過熱乃至絕緣擊穿。電容器穩(wěn)態(tài)過電壓的限值及持續(xù)時間如表2所示。
表2 電容器穩(wěn)態(tài)過電壓的限值及持續(xù)時間
因此,電容器在運(yùn)行、投退過程中應(yīng)密切監(jiān)視35 kV系統(tǒng)電壓情況,超過1.10倍額定電壓,即38.5 kV時電容器不應(yīng)再投入運(yùn)行,已投入的電容器應(yīng)及時退出運(yùn)行。系統(tǒng)容性無功如果不足,需要投入電容器來提高系統(tǒng)電壓時,應(yīng)該注意到功率因數(shù)。在功率因數(shù)不低的情況下,單純投入電容器對提高220 kV,500 kV系統(tǒng)電壓的作用不明顯,對35 kV系統(tǒng)電壓升高作用則比較明顯。35 kV母線電壓的升高,將使電容器的實(shí)際出力變大甚至過載,導(dǎo)致熔斷器熔斷。
因此,在功率因數(shù)低的情況下,雖然可以投入電容器,但此時要注意母線電壓,不能超過38.5 kV(1.10倍額定電壓)。電容器退出、投入操作要間隔5 min,防止電容器帶電荷合閘。電容器帶電荷合閘,可能使電容器承受約2倍的額定電壓,峰值甚至更高,這對電容器是有害的;同時也會造成很大的沖擊電流,造成熔斷器熔斷。
高次諧波會引起諧振和諧波放大,電容器組的容量選擇以避開諧振點(diǎn)和避免諧波放大為原則。同時,高次諧波還會引起電容器過電流,因此可在電容器組與系統(tǒng)間串聯(lián)小電抗器(見圖1),降低回路的諧振頻率,以抑制高次諧波和合閘涌流。該變電站對1,2號電容器組在大負(fù)荷期間進(jìn)行了諧波測試(至少48 h),測試結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)異常問題。
電容器熔斷器配置為100 A保險(xiǎn)絲,單只電容器電容為35.15 μF,額定電壓11/2 kV,依據(jù)公式I=Uωc,可得單只電容器額定電流為:
I=11/2×103×2×3.14×50×35.15×10-6=60.7 A;
故,1.5I=1.5×60.7=91.05 A。
1.5I為 91.05 A,小于100 A,符合熔絲的額定電流按1.43—1.55倍電容器額定電流配置余度。
造成電容器質(zhì)量缺陷的原因一般有不合理的設(shè)計(jì)、不恰當(dāng)?shù)牟牧弦约爸圃爝^程不恰當(dāng)(例如卷制、引線連接、裝配、真空處理)等。由于制造工藝原因,還可能存在單只電容容量偏差等問題。一旦存在以上問題,那么電容器組就會存在一定的缺陷,這也是熔斷器易熔斷的原因之一。另外,在安裝過程中,要確保熔斷器熔芯不受外力損傷,特別是在安裝熔管時熔芯不能隨緊固跟動旋轉(zhuǎn),以避免熔芯扭曲損傷。熔斷器和母排連接螺母一定要緊固,不能松動,不然會造成接觸電阻較大,在電容器長期運(yùn)行后將引起發(fā)熱嚴(yán)重,導(dǎo)致熔斷器熔斷。
運(yùn)行溫度過高會嚴(yán)重影響電容器的壽命。以2號電容器為例,在夏季高溫天熔斷器頻繁熔斷。該型號電容器屬屋外配置,夏季長期在烈日下爆曬,溫升較高,如果長時間運(yùn)行,易引起電容器熔斷器熔斷。因此,應(yīng)對運(yùn)行中的電容器進(jìn)行實(shí)時檢測,發(fā)現(xiàn)溫度異常時應(yīng)跟蹤監(jiān)視,高溫時段每小時測1次溫度,觀察溫升發(fā)展變化情況。有余地時,調(diào)換成其他電容器組運(yùn)行。日常運(yùn)行中,電容器在高負(fù)荷時段投入運(yùn)行、低負(fù)荷時段退出運(yùn)行,以避免電容器長時間運(yùn)行發(fā)熱及外力引起的電容器熔斷器熔斷。由于有過類似事故教訓(xùn),河南省500 kV變電站35 kV設(shè)備已全部實(shí)行絕緣化處理。
運(yùn)行中每天觀察電容器裝置各部件運(yùn)行情況,加強(qiáng)對熔斷器的檢查和維護(hù)。檢查熔斷器是否完好以及熔斷器動作情況,電容器是否滲漏,接頭是否變色,外殼是否鼓脹、破裂以及地面油跡、電氣連接有無過熱征候。檢查斷路器分閘和合閘回路是否良好、有無放電痕跡。測量熔斷器、電容器及各聯(lián)接點(diǎn)的溫度是否正常,若溫度過高應(yīng)及時處理,避免熔斷器過熱誤動。遇到停電時,應(yīng)及時清掃各套管表面和各電器外殼、構(gòu)架,以防引發(fā)意外事故。各處聯(lián)接點(diǎn)的聯(lián)接應(yīng)牢固穩(wěn)靠,不允許出現(xiàn)松動現(xiàn)象,擰緊全部電氣接頭,使設(shè)備正常運(yùn)行。特殊巡視檢查應(yīng)在系統(tǒng)電壓較高、外溫較高的時間段進(jìn)行。遇雷雨、風(fēng)、雪等惡劣天氣時,也應(yīng)進(jìn)行特殊巡視檢查,對發(fā)現(xiàn)的缺陷進(jìn)行記錄、跟蹤觀察,并及時處理。
電容器熔斷器熔斷原因一般是可控、在控的。如果制造過程中存在技術(shù)性、工藝性缺陷,將無法使熔斷器熔斷現(xiàn)狀得到有效控制。該變電站1,2號電容器組于2014-09-20進(jìn)行整組熔斷器更換后,還存在熔斷現(xiàn)象;但相同型號、同廠家的3,4號電容器組不存在熔斷器熔斷現(xiàn)象,這說明1,2號電容器組可能存在產(chǎn)品質(zhì)量缺陷,應(yīng)對1,2號電容器進(jìn)行整組更換。
1 王明欽.35 kV配電網(wǎng)PT高壓熔斷器熔斷故障抑制措施 研究[D].保定:華北電力大學(xué),2011.
2 梁兆文.配網(wǎng)PT熔斷器頻繁熔斷原因及解決措施研究 [D].廣州:華南理工大學(xué),2016.
3 解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓[M].北京:水利電利出版社, 1997.