張飛

摘 要：本文通過(guò)對(duì)某電廠500kV送出線路被雷擊產(chǎn)生疑似非全相諧振過(guò)電壓[1]，并造成電廠側(cè)500kV線路并聯(lián)高壓電抗器和中性點(diǎn)避雷器及其計(jì)數(shù)器損壞的原因分析，提出了為避免此類故障重復(fù)出現(xiàn)應(yīng)采取的應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：雷擊;諧振電壓;電抗器;避雷器;計(jì)數(shù)器;損壞

0引言

電抗器是在電路中用于限流、穩(wěn)流、無(wú)功補(bǔ)償、移相等的一種電感元件，而并聯(lián)高電抗器：在高壓遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)中，是用于補(bǔ)償線路電容性充電電流，抑制輕負(fù)荷時(shí)線路末端電壓升高，并抑制操作過(guò)電壓，從而降低系統(tǒng)絕緣水平，保證線路可靠運(yùn)行。

我公司某電廠裝機(jī)容量2×600MW，以單回500kV電壓等級(jí)送出（4×LGJ-400/50導(dǎo)線），送出線路原可研階段設(shè)計(jì)線路全長(zhǎng)238公里，考慮未來(lái)發(fā)展需要，電廠側(cè)出線設(shè)計(jì)為同塔雙回（約3公里），可研階段電磁暫態(tài)研究：電廠側(cè)出線端需安裝90Mvar并聯(lián)高壓電抗器，為限制線路潛供電流[2-3]和恢復(fù)電壓及避免非全相運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)工頻諧振過(guò)電壓，需在并聯(lián)高壓電抗器的中性點(diǎn)安裝中性點(diǎn)接地電抗器（阻值：900±10%Ω）;電廠建成投產(chǎn)時(shí)，500kV線路實(shí)際“π”入了原路徑中間規(guī)劃的500kV變電站，500kV線路實(shí)際全長(zhǎng)由223公里變?yōu)榱?19公里。

1故障前運(yùn)行方式

電廠單機(jī)運(yùn)行（負(fù)荷380MW），500kV升壓站為標(biāo)準(zhǔn)方式運(yùn)行，500kV出線帶并聯(lián)高壓電抗器運(yùn)行，500kV I母、II母線合環(huán)運(yùn)行，如圖1所示。

2故障現(xiàn)象

2019年3月30日，電廠出線側(cè)45號(hào)塔A相小號(hào)側(cè)右串絕緣子被雷擊（距離電廠17.3公里），線路A相跳閘，在等待重合閘過(guò)程中，500kV線路出現(xiàn)接近正玄波的疑似非全相諧振過(guò)電壓和線路出現(xiàn)再次雷擊產(chǎn)生過(guò)電壓，造成出線側(cè)并聯(lián)高壓電抗器A相中下部線圈被擊穿、中性點(diǎn)避雷器及計(jì)數(shù)器損壞。故障回路示意圖如圖2。

3保護(hù)動(dòng)作及動(dòng)作次序情況

01：32：41：451（即：0ms）電廠500kV線路光纖分相差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，線路兩側(cè)A相斷路器跳閘，電廠和對(duì)側(cè)的線路的主一、主二接地距離I段保護(hù)、縱聯(lián)距離保護(hù)啟動(dòng)，并啟動(dòng)單相重合閘。

01：32：42：154（即：故障后703ms）500kV線路A相出現(xiàn)接近正玄波的過(guò)電壓（峰值達(dá)1295kV，有效值915kV），詳見圖3的錄波圖。

01：32：42：346（即：故障后895ms）500kV線路A相再次出現(xiàn)尖頂波過(guò)電壓，詳見圖3的錄波圖。

01：32：42：421（即：故障后970ms）500kV線路對(duì)側(cè)A相重合閘成功。

01：32：42：520（即：故障后1070ms）電廠500kV線路并聯(lián)高壓電抗器A相重瓦斯和壓力釋放閥動(dòng)作，溝通三跳，500kV線路斷路器三相跳閘，并閉鎖重合閘。

01：32：42：568（即：故障后1117ms）500kV線路對(duì)側(cè)斷路器三相跳閘。

01：32：42：815（即：故障后1364ms）電廠#1機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)屏A、B柜零功率保護(hù)動(dòng)作停機(jī)，廠用電全失。

4錄波圖分析

從圖3的錄波圖的500kV線路錄波圖來(lái)看，500kV線路A相在700ms和900ms左右時(shí)先后出現(xiàn)兩次過(guò)電壓，峰值均接近1300kV。第一次過(guò)電壓波形為近似于正玄波的電壓波形、時(shí)長(zhǎng)約3個(gè)周波，第二次過(guò)電壓波形為類似于雷擊過(guò)電壓的尖頂波形、時(shí)長(zhǎng)約1/2個(gè)周波;且線路持續(xù)出現(xiàn)了幅值約850kV的3U0電壓。另外，從圖3的500kV線路錄波圖來(lái)看，在約1070ms時(shí)并聯(lián)高壓電抗器A相和中性點(diǎn)（3I0零序電流）處出現(xiàn)了幅值高達(dá)6400A短路電流，說(shuō)明此時(shí)發(fā)生了短路故障。具體如圖3。

5故障原因分析

（1）中性點(diǎn)避雷器及計(jì)數(shù)器損壞原因。從故障后的檢查中，發(fā)現(xiàn)電廠全廠避雷器及計(jì)數(shù)器接地端與接地線接頭均為頭對(duì)頭焊接，且已出現(xiàn)部分焊接開焊或脫落，按規(guī)范要求均須采用搭接焊接，每年雷雨季節(jié)前進(jìn)行全面檢查和測(cè)試導(dǎo)通電阻。因此，電廠本次500kV線路A相雷擊跳閘后，線路處于非全相運(yùn)行，線路出現(xiàn)約850kV的3U0電壓，由于并聯(lián)電抗器中性點(diǎn)避雷器及計(jì)數(shù)器的接地不良，是電抗器中性點(diǎn)避雷器及計(jì)數(shù)器損壞的直接原因。

（2）并聯(lián)高壓電抗器A相損壞原因。電廠在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了500kV線路電磁暫態(tài)研究，并在并聯(lián)高壓電抗器中性點(diǎn)裝設(shè)了小電抗器來(lái)限制潛供電流和恢復(fù)電壓的幅值及防止諧振過(guò)電壓的產(chǎn)生，且電廠建設(shè)時(shí)亦按設(shè)計(jì)安裝了中性點(diǎn)小電抗器。但本次500kV線路A相在17公里處被雷擊跳閘后，線路處于非全相運(yùn)行，此時(shí)引起系統(tǒng)的感抗（XL）、容抗（XC）等參數(shù)與設(shè)計(jì)時(shí)的組合存在不吻合的變化，在等待A相重合閘過(guò)程中（從圖3的錄波圖來(lái)看），確實(shí)出現(xiàn)了B、C兩相通過(guò)相間電容耦合和電磁感應(yīng)等作用，在已斷開的A相線路上產(chǎn)生了接近工頻的疑似非全相諧振過(guò)電壓;并900ms左右時(shí)500kV線路A相又再次出現(xiàn)了類似雷擊的雷電過(guò)電壓，加之電廠側(cè)并聯(lián)高電抗器中性點(diǎn)避雷器在第一次雷擊時(shí)已損壞。雖電廠并聯(lián)高壓電抗器設(shè)計(jì)的短時(shí)承受雷擊過(guò)電壓為1550kV、操作過(guò)電壓為1175kV、感應(yīng)過(guò)電壓為680kV。但本次500kV線路A相的疑似非全相諧振過(guò)電壓幅值高達(dá)1300kV，持續(xù)時(shí)間近3個(gè)周波，再加后續(xù)的疑似雷擊過(guò)電壓再次作用，從而造成并聯(lián)高壓電抗器的A相中下部線圈薄弱點(diǎn)被擊穿放電，在970ms時(shí)對(duì)側(cè)A相重合閘成功后，大約在1070ms時(shí)并聯(lián)高壓電抗器的A相出現(xiàn)了短路故障（可從圖3中的A相電流可明顯判斷出，此時(shí)A相發(fā)生了短路故障看出，且短路電流幅值達(dá)6400A），使A相電抗器內(nèi)的變壓器油在電弧和大電流作用下快速分解，產(chǎn)生大量氣體，造成重瓦斯、壓力釋放閥、匝間短路保護(hù)動(dòng)作，從而使A相電抗器損壞。

6防范措施

（1）加強(qiáng)接地系統(tǒng)及接地裝置的工程質(zhì)量監(jiān)督和例行檢查。對(duì)接地系統(tǒng)、接地裝置進(jìn)行全面梳理和排查，對(duì)于接地系統(tǒng)的接地扁鐵間、接地扁鐵與設(shè)備間的鏈接、轉(zhuǎn)接或轉(zhuǎn)彎等接頭部位，以及避雷器、中性點(diǎn)的接地，按規(guī)程、規(guī)范等要求，必須采用搭接焊接，搭接長(zhǎng)度不低于扁鐵寬度的2倍（圓鋼不低于直徑的6倍）、焊接不少于三面焊接[4]，不滿足要求的進(jìn)行限期整改。

（2）加強(qiáng)防雷設(shè)備日常維護(hù)和檢查，每年雷雨季節(jié)前完成相關(guān)試驗(yàn)、電阻測(cè)試和全面檢查工作。

（3）由于近年電力系統(tǒng)發(fā)展較快，電力系統(tǒng)參數(shù)存在原設(shè)計(jì)參數(shù)與項(xiàng)目投產(chǎn)時(shí)的實(shí)際參數(shù)發(fā)生較大變化的可能，對(duì)于存在電磁暫態(tài)影響的高壓、超高壓和特高壓系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況的變化，必要時(shí)組織對(duì)原線路電磁暫態(tài)研究成果進(jìn)行重新復(fù)核。

參考文獻(xiàn)

[1] 電氣工程大典 第10卷 輸變電工程[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2] 曹榮江，顧霓鴻.電力系統(tǒng)潛供電弧自滅特性的模擬研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，1994（2）：73-78.

[3] 和彥淼，宋杲，曹榮江，等.1000kV特高壓輸電線路潛供電弧試驗(yàn)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2011（16）：138-143.

[4] GB50303-2015，建筑電氣工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].