潘佰沖，陳錫磊

(國(guó)網(wǎng)浙江慈溪市供電有限公司，浙江 慈溪 315300)

0 引言

電容器是變電站最重要的無功補(bǔ)償裝置，三相單星型不接地型式的電容器組一般配置有兩段式過流保護(hù)、低電壓保護(hù)、過電壓保護(hù)和不平衡電壓保護(hù)以應(yīng)對(duì)不同的故障。

近日某110 kV變電站發(fā)生一起10 kV電容器組放電線圈燒毀的事故，分析相關(guān)保護(hù)告警和動(dòng)作信息、SOE記錄、故障錄波信息等，以找出事故中不平衡電壓保護(hù)未動(dòng)作的原因。

1 事故情況簡(jiǎn)介

1.1 事故前運(yùn)行情況

某110 kV變電站為線變組接線方式，2臺(tái)主變分列運(yùn)行，PQ1110線帶2號(hào)主變運(yùn)行，事故發(fā)生前2號(hào)電容器組運(yùn)行于10 kVⅡ段母線，見圖1。

圖1 110 kV變電站事故前運(yùn)行方式

1.2 事故經(jīng)過

2019-04-07T12：23，2號(hào)電容器組過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，運(yùn)維和檢修人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)，檢查發(fā)現(xiàn)10 kV電容器室內(nèi)充滿濃煙，2號(hào)電容器組C相放電線圈外殼嚴(yán)重開裂、灼燒痕跡明顯，內(nèi)部繞組銅芯裸露，連接母排上有明顯放電痕跡，二次剩余繞組端子的連接電纜脫落，二次電纜頭已燒焦。

2 事故檢查與分析

2.1 保護(hù)裝置信息和SOE記錄

10 kV 2號(hào)電容器組保護(hù)裝置為RCS-9631Ⅱ，裝置報(bào)文及監(jiān)控后臺(tái)信息顯示，4月7日12：23：17.360，過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，故障電流為ABC三相97.19 A。相關(guān)保護(hù)動(dòng)作和SOE記錄見表1所示。

表1 保護(hù)信息和SOE記錄

根據(jù)報(bào)文信息可知發(fā)生的故障為三相短路，由于電容器組CT變比為600/5，計(jì)算得短路電流一次值為97.19×(600/5)=1.166×104A=11.66 kA。

2.2 告警信號(hào)分析

2.2.1 PT斷線告警

電容器保護(hù)裝置RCS-9631Ⅱ的PT斷線判據(jù)為：

(1) 正序電壓U1＜30 V，且任一相電流I＞0.06In;

(2) 負(fù)序電壓U2＞8 V。

滿足以上任一條件后延時(shí)10 s報(bào)PT斷線，發(fā)出裝置異常報(bào)警信號(hào)。

保護(hù)裝置的采樣電壓來自各相電容器的放電線圈，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查情況推測(cè)分析，在C相放電線圈出現(xiàn)內(nèi)部故障導(dǎo)致外殼開裂后，C相電壓已經(jīng)無法采樣，此時(shí)各相電壓分別為：Ua=57.7∠0°V，Ub=57.7∠-120°V，Uc=0 V。

進(jìn)一步根據(jù)對(duì)稱分量法計(jì)算各序電壓，式中α為算子ej120°：

正序電壓U1有效值為38.5 V，負(fù)序電壓U2有效值為19.3 V＞8 V，滿足判據(jù)中的(2)。因此，12：11：40.501時(shí)出現(xiàn)PT斷線告警信號(hào)的原因是C相放電線圈運(yùn)行中出現(xiàn)故障后，保護(hù)裝置無法采到C相電壓，產(chǎn)生了較大的負(fù)序電壓。

2.2.2 零序過電壓告警

該站10 kV母線PT采用4PT消諧接法，中性點(diǎn)零序PT(0.1 kV/3))的剩余繞組接入主變低后備保護(hù)的零序電壓采樣回路，當(dāng)該零序電壓超過定值9.8 V后延時(shí)5 s發(fā)報(bào)警信號(hào)。

2號(hào)電容器組C相放電線圈繞組短路外殼開裂并不會(huì)造成母線出現(xiàn)零序電壓，只有當(dāng)電弧灼燒形成單相接地后才會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)零序電壓。當(dāng)C相放電線圈接地后，系統(tǒng)中性點(diǎn)電壓上升為相電壓，零序PT剩余繞組電壓變成100/3 V，超過了定值9.8 V。因此，12：22：59.807時(shí)2號(hào)主變低后備保護(hù)報(bào)零序過電壓告警的原因是2號(hào)電容器組C相放電線圈在電弧灼燒下發(fā)生了單相接地;而在12：23：17.196時(shí)，該告警信號(hào)復(fù)歸的原因是故障發(fā)展成為了三相短路，零序電壓消失。

2.3 故障錄波分析

該站沒有配置故障錄波裝置，事故發(fā)生時(shí)上級(jí)220 kV變電站的PQ1110線路故障錄波啟動(dòng)并記錄，由于該出線僅帶該站的2號(hào)主變和10 kVⅡ段母線運(yùn)行，能夠基本反應(yīng)2號(hào)電容器組的故障情況。PQ1110線的故障錄波如圖2所示。

圖2 上級(jí)變電站PQ1110線的故障錄波

表2給出了故障中某時(shí)刻三相短路電流相量，三相短路電流的相位之間基本相差120°，零序電流3I0基本為零，可以判斷發(fā)生的故障為三相短路。故障錄波信息顯示，短路電流為4.53 A，根據(jù)PQ1110線的CT變比(1 200/5)和該站110 kV主變壓器的變比(110 kV/10.5 kV)，換算至主變10 kV側(cè)的短路電流一次值為11.39 kA。因此，錄波圖的故障電流大小和短路類型與2號(hào)電容器組保護(hù)裝置記錄的信息互相吻合，證明最終的確是三相短路故障導(dǎo)致過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘。

表2 短路電流向量值 A

2.4 2號(hào)電容器組檢查

10 kV 2號(hào)電容器組總?cè)萘? 600 kVar，每相12臺(tái)電容器，型號(hào)為對(duì)各相電容器進(jìn)行電容量測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 電容器組電容量測(cè)試 μF

測(cè)試結(jié)果顯示各相電容器電容量無異常，電容器組內(nèi)部沒有發(fā)生短路故障。

2.5 放電線圈檢查

表4 直流電阻測(cè)量 Ω

從測(cè)試結(jié)果可以看出，C相放電線圈一次繞組的直流電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常的A，B兩相，可以判斷實(shí)際C相放電線圈一次繞組已經(jīng)呈斷開狀態(tài)。

3 電容器組保護(hù)動(dòng)作分析

3.1 電容器組保護(hù)配置

2號(hào)電容器組為三相單星型不接地接線，保護(hù)裝置為南瑞繼保RCS-9631Ⅱ，保護(hù)配置如表5所示。

故障時(shí)記錄的三相短路電流為97.19 A，動(dòng)作時(shí)間188 ms，因此過流Ⅰ段保護(hù)正確動(dòng)作。

表5 2號(hào)電容器組保護(hù)配置

3.2 不平衡電壓保護(hù)

不平衡保護(hù)能夠反應(yīng)電容器組的內(nèi)部故障，單星型不接地接線方式的電容器組一般采用的是不平衡電壓保護(hù)。

如圖3所示，將放電線圈的一次側(cè)與電容器并聯(lián)，二次側(cè)的三相剩余繞組首尾串聯(lián)接成開口三角（L601-N600）構(gòu)成不平衡電壓保護(hù)。在正常運(yùn)行時(shí)三相電壓平衡，開口處電壓為零，當(dāng)電容器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)三相電壓不再平衡，開口三角將出現(xiàn)零序電壓3U0，保護(hù)裝置采集到這個(gè)不平衡電壓后經(jīng)過整定延時(shí)動(dòng)作跳閘。

圖3 不平衡電壓保護(hù)回路接線

在12：11：30.501，C相放電線圈內(nèi)部故障灼燒引起外殼開裂，一次繞組斷開，此時(shí)C相剩余繞組dc-dx電壓為0 V，而A相和B相的剩余繞組仍為正常電壓100/3 V，因此不平衡電壓回路的3U0=100/3 V。

根據(jù)表5的電容器組保護(hù)配置情況，100/3 V的不平衡電壓已經(jīng)超過定值7 V，不平衡電壓保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作跳閘，這樣也就不會(huì)使故障進(jìn)一步發(fā)展成后續(xù)的三相短路。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)，根據(jù)C相放電線圈二次剩余繞組端子dc處的連接電纜脫落、二次電纜頭燒焦的情況推測(cè)，當(dāng)C相放電線圈內(nèi)部發(fā)生短路灼燒后，dc處連接電纜燒毀脫落，導(dǎo)致L601-N600回路斷開，保護(hù)裝置無法采集到該電壓從而導(dǎo)致不平衡保護(hù)拒動(dòng)。

4 事故過程推演

根據(jù)上述分析和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢查情況，推演整個(gè)事故過程如下。

12：11：30.501，C相放電線圈內(nèi)部故障、外殼開裂，一次繞組開路，剩余繞組dc端子二次電纜脫落，10 s后2號(hào)電容器組保護(hù)報(bào)PT斷線。

12：22：54.801，隨著電弧灼燒，C相放電線圈形成單相接地，5 s后2號(hào)主變低后備保護(hù)報(bào)零序過壓。

12：23：17.172 ～ 12：23：17.196，C 相 放 電 線圈接地后，導(dǎo)致非故障相A，B相電壓升高，通過電容器組的構(gòu)架、接地排等發(fā)展成三相短路故障，出現(xiàn)約11 kA的短路電流。

12：23：17.360，2號(hào)電容器組過流Ⅰ段動(dòng)作，電容器組開關(guān)跳開隔離故障。

5 結(jié)束語

電容器組保護(hù)動(dòng)作后，通過檢查一次設(shè)備狀況，分析二次裝置信息，判斷保護(hù)動(dòng)作行為是否正確，該案例中不平衡電壓回路二次電纜在事故中燒毀脫落，導(dǎo)致不平衡電壓保護(hù)無法動(dòng)作，直到發(fā)展成三相短路后由過流保護(hù)動(dòng)作出口。為了防范此類事故的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)電容器組放電線圈的紅外測(cè)溫巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除相應(yīng)缺陷。