喬向陽　劉　赟　陶蓓蓓　王嗣?！》健×?/p>

（國網(wǎng)安徽省電力公司蕪湖供電公司，安徽 蕪湖　241000）

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進步，電力網(wǎng)負荷急劇增大，對電網(wǎng)感性無功要求也與日俱增，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，其安全性、可靠性、經(jīng)濟性以及輸送電能的質(zhì)量是最根本的問題[1-3]。無功功率補償是降低功率損耗、保障電網(wǎng)安全運行必不可少的措施，具有重要的意義[4-6]。然而受設(shè)計不當、系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響，無功補償裝置損壞事故時有發(fā)生，嚴重影響了電網(wǎng)運行安全[7-8]。如果處理不當，事故范圍將進一步擴大。分析無功補償裝置故障的原因，保證無功補償裝置的可靠運行，改進無功補償裝置，對于保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義[9-16]。

1　無功補償裝置故障原因分析

近年來，蕪湖地區(qū)發(fā)生多起無功補償裝置損壞事故，嚴重影響了本地區(qū)電網(wǎng)運行的安全。經(jīng)過研究分析，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響以及本地使用的無功補償裝置保護定值設(shè)計不當是導致裝置損壞事故的原因。以蕪湖地區(qū) 220kV YQ變電站 35kV無功補償系統(tǒng)典型故障為例，本文詳細分析系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響以及保護定值設(shè)計不當對無功補償裝置的影響。

1.1　系統(tǒng)諧波的影響

220kV YQ變電站地處蕪湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)，為多家汽車廠、造船廠、空調(diào)廠企業(yè)供電，非線性負載比較多。廠家啟動大型整流器和電弧爐等“諧波源”時，電力系統(tǒng)中將含有較大的高次諧波，對電流的影響很大。這種諧波電流非常容易引起電容器擊穿，引發(fā)相間短路及內(nèi)部擊穿。

經(jīng)過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)該地區(qū)電力系統(tǒng)中存在3、5、7次諧波，諧波電流統(tǒng)計報表見表1。

表1　諧波電流統(tǒng)計報表

從表1中可以看出，3、5、7次諧波嚴重超標。諧波電流引起的附加絕緣介質(zhì)損耗將加快電力電容器絕緣的老化速度。

此外，經(jīng)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)蕪湖地區(qū) FN變等三座變電站無功補償裝置損壞故障時均出現(xiàn)了 3、5、7次諧波嚴重超標現(xiàn)象。

1.2　操作過電壓的影響

220kV YQ變電站無功補償裝置故障，斷路器分閘后電弧重燃產(chǎn)生了操作過電壓，導致電容器組整體受損，內(nèi)部單元擊穿，現(xiàn)場主變低壓側(cè)故障錄波圖如圖1所示。

圖1　故障錄波圖

電容器組斷路器在AVC控制下合閘成功，其合閘故障濾波圖如圖2所示。

圖2　合閘故障錄波圖

從圖2中可以看出，電容器組整體受損，內(nèi)部單元擊穿后無法承受正常額定電壓，致使A相4只電容器直接擊穿，C相3只電容器套管斷裂，引起大面積滲油。

斷路器在斷開并聯(lián)電容器組時引起的操作過電壓幅值與電力系統(tǒng)的參數(shù)，特別是斷路器特性以及關(guān)合的相角有很大關(guān)系。在某些情況下會概率引起很大的操作過電壓，嚴重時容易造成電容器組整體受損，內(nèi)部單元擊穿。此外，當多組電容器并聯(lián)運行時，如果其中某個電容器發(fā)生擊穿，其余電容器就會通過這個電容器放電，該電容器在短時間內(nèi)將產(chǎn)生巨大的熱能使得電容器內(nèi)的油分解并產(chǎn)生大量氣體，造成殼體損壞甚至爆炸。

1.3　保護定值的影響

經(jīng)現(xiàn)場檢測，220kV YQ變電站電容器差壓保護定值的整定值為6V，未按照最新版電容器差壓保護定值計算方法進行核算，保護裝置沒有可靠動作，導致事故范圍擴大。

2　無功補償裝置的改進措施

通過對蕪湖地區(qū)220kV YQ變電站35kV無功補償系統(tǒng)典型故障進行分析后，對其進行了相應(yīng)的無功補償裝置改進措施，并取得了良好的效果。

2.1　串聯(lián)電抗器

經(jīng)過分析計算后，發(fā)現(xiàn)采用基波感抗為容抗的12%的電抗器串聯(lián)時，可有效抑制 3次諧波電流。采用基波感抗為容抗的4.5%～6%的電抗器串聯(lián)時，可有效抑制5次以上的諧波電流。當3次以上諧波含量較大時，選擇 12%與 4.5%～6%的混合電抗器串聯(lián)可有效抑制高次諧波電流。

經(jīng)過研究分析，220kV YQ變更換無功補償裝置時，將損壞的電容器組電抗器由原來的5%電抗率更換為12%電抗率，取得了良好的效果，有效地抑制了3次諧波電流。

2.2　降低斷路器開斷重燃率

質(zhì)量較好的斷路器可以避免斷路器出現(xiàn)觸頭抖動或分閘電弧重燃現(xiàn)象，可以有效地降低投退電容器組時產(chǎn)生的操作過電壓。

目前，無論是國產(chǎn)品牌，還是進口施耐德、ABB等品牌真空斷路器，都會出現(xiàn)分閘重燃的現(xiàn)象。因此，解決該問題最好的辦法，是選用滅弧效果更好、重燃率極低的SF6斷路器。

2.3　整定保護定值

根據(jù)電容器組的設(shè)備參數(shù)，對差壓保護定值進行重新計算整定，過程如下所示。

1）系統(tǒng)參數(shù)

接線方式：單星形。

保護方式：內(nèi)熔絲保護。

單元中并聯(lián)元件數(shù)：m =19。

單元中串聯(lián)元件數(shù)：n =3。

一相中并聯(lián)單元數(shù)：M =2。

一相中串聯(lián)單元數(shù)：N =4。

一段中切除元件數(shù)：K。

完好單元允許過電壓倍數(shù)：KV=1.3。

電容器組額定相電壓：UEX=22×1000V。

2）計算過程

式中，K1=5.443，K=ceil(K1-1)，K=5（K取整數(shù)）。

一次不平衡電壓為

二次不平衡電壓為

取保護靈敏度KLm=1.1，保護定值為

一次初始不平衡電壓：α =1.002（串段間最大與最小電容值之比）

二次初始不平衡電壓為

當取安全系數(shù) KK=3時，UBPKK=0.599V，小于UDZ=2.53V，差壓定值2.53V。

經(jīng)過整定計算，差壓保護定值整定為2.5V，動作延時調(diào)整為0.1s。

2.4　其他措施

1）確保并聯(lián)電容器組的質(zhì)量。投入運行前，對電容器組進行嚴格的檢測試驗，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并進行處理，嚴防劣質(zhì)電容器組投入運行。

2）采用可調(diào)串聯(lián)電抗器，限制無功補償電容器組的合閘涌流和短路電流，降低操作過電壓并有效抑制高次諧波。

3）采用定值合適的電容器護裝置及其他保護措施，有效限制電容器組的過電壓和過電流。

3　結(jié)論

受系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓以及本地使用的無功補償裝置保護定值設(shè)計不當?shù)挠绊?，裝置損壞事故時有發(fā)生。本文針對蕪湖地區(qū)無功補償裝置損壞故障，以220kV YQ變電站35kV無功補償系統(tǒng)典型故障為例，進行了深入研究，提出了對應(yīng)改進措施并取得了良好的效果。

1）當變電站所在地區(qū) 3次以上諧波含量較大時，選擇 12%與 4.5%～6%的混合電抗器串聯(lián)可有效抑制高次諧波電流。

2）選擇SF6斷路器可以有效地降低斷路器開斷重燃率。

3）為了避免保護裝置誤動作或者不動作，導致事故范圍擴大，一定要按照最新版電容器差壓保護進行定值核算。

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