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        一起并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)動作原因分析及思考

        2021-06-09 01:32:58南方電網(wǎng)紅河供電局岳倩倩余云光黎慧明譚智斌
        電力設(shè)備管理 2021年5期
        關(guān)鍵詞:中性點(diǎn)星形避雷器

        南方電網(wǎng)紅河供電局 岳倩倩 余云光 黎慧明 余 煒 譚智斌 高 林

        隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷發(fā)展,電網(wǎng)無功需求日益增大,無功補(bǔ)償裝置應(yīng)用廣泛。并聯(lián)電容器組具有投資小、運(yùn)維費(fèi)用低等顯著優(yōu)點(diǎn),目前仍是電網(wǎng)無功補(bǔ)償?shù)氖走x裝置[1]。由于應(yīng)用規(guī)模大,故障也隨之增多。行業(yè)內(nèi)有調(diào)查報(bào)告表明,在并聯(lián)電容器組故障中電容器本體故障僅占較小部分,大部分故障發(fā)生在并聯(lián)電容器組電抗器、避雷器、放電線圈等相關(guān)配套設(shè)備[2]。運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)表明,部分并聯(lián)電容器組故障頻發(fā)的原因是設(shè)計(jì)存在缺陷、卻得不到足夠重視,且這類問題一般比較隱蔽,導(dǎo)致故障頻發(fā)而找不到問題所在。

        本文以某110kV變電站10kV并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)頻繁動作事件為背景,結(jié)合并聯(lián)電容器組設(shè)計(jì)規(guī)范及保護(hù)原理,分析了不平衡電壓保護(hù)頻繁動作的原因,并從中得到一些啟發(fā)。文中所述并聯(lián)電容器組發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動作后,在半年內(nèi)重復(fù)多次發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動作。檢修人員多次檢查并聯(lián)電容器組主設(shè)備,均未發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致不平衡電壓保護(hù)動作的設(shè)備故障。每次排查完畢設(shè)備重投后運(yùn)行正常,但在日后運(yùn)行過程中又重復(fù)發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動作。

        1 故障電容器組簡述

        圖1為文中所述故障的10kV并聯(lián)電容器組接線圖。其接線型式不滿足《35kV~220kV變電站無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》推薦接線型式[3],圖中QS為并聯(lián)電容器組斷路器,QG為接地開關(guān),L為干式空心電抗器,F(xiàn)V為避雷器,TV為放電線圈,C為電容器。其中避雷器及放電線圈與電容器并聯(lián)并組成單星形,星形中性點(diǎn)通過中性點(diǎn)避雷器接地。該并聯(lián)電容器組配置不平衡電壓保護(hù),保護(hù)電壓模擬量取自放電線圈二次側(cè),放電線圈二次繞組組成不完全三角形。

        圖1 故障并聯(lián)電容器組接線圖

        當(dāng)并聯(lián)電容器組正常運(yùn)行時(shí),由于三相負(fù)載平衡,中性點(diǎn)避雷器上幾乎沒有電流,中性點(diǎn)對地相當(dāng)于開路,該并聯(lián)電容器組接線等效于圖2。等效圖的接線型式及保護(hù)方式符合《標(biāo)稱電壓1000V以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器第3部分:并聯(lián)電容器和并聯(lián)電容器組的保護(hù)》推薦[4],配置不平衡電壓保護(hù),其保護(hù)原理如圖3。并聯(lián)電容器組正常運(yùn)行時(shí),三相電壓是一組對稱量,放電線圈二次繞組組成的不完全三角形開口電壓3U0為零,當(dāng)并聯(lián)電容器組由于外部或內(nèi)部原因?qū)е氯鄥?shù)不平衡時(shí),開口電壓3U0升高,達(dá)到保護(hù)整定值后保護(hù)動作,跳開并聯(lián)電容器組。

        圖2 故障并聯(lián)電容器組等效圖

        圖3 不平衡電壓保護(hù)原理圖

        事故并聯(lián)電容器組于2020年6月發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動作,動作后檢修人員對并聯(lián)電容器組電容器、電抗器、避雷器及放電線圈進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)異常。檢查完畢后,并聯(lián)電容器組重新投入運(yùn)行,未見異常。然而運(yùn)行一段時(shí)間后,該并聯(lián)電容器組又一次發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動作,檢修人員對設(shè)備進(jìn)行檢查仍未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。上述情況重復(fù)發(fā)生多次,檢查均未發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常。

        2 故障原因分析及改進(jìn)措施

        并聯(lián)電容器組的接線型式主要有星形和三角形接線兩種,根據(jù)設(shè)計(jì)容量的不同,每相又可以分成多個(gè)橋臂組成橋式接線[3]。其中單星形接線在3000kVar及以下并聯(lián)電容器組中最為常見。并聯(lián)電容器組除配置過流保護(hù)外,根據(jù)接線型式的不同還需配置不同的保護(hù)。中性點(diǎn)接地單星形并聯(lián)電容器組一般配置中性點(diǎn)電流保護(hù)或中性點(diǎn)電壓保護(hù),中性點(diǎn)不接地單星形并聯(lián)電容器組一般配置不平衡電壓保護(hù),單相雙橋臂并聯(lián)電容器組一般配置相電壓差動保護(hù),單相四橋臂一般配置橋式差電流保護(hù)[4]。

        2020年12月,事故并聯(lián)電容器組再一次發(fā)生不平衡電壓保護(hù)動作,檢修人員對設(shè)備進(jìn)行全面檢查,最終發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)避雷器絕緣不合格,避雷器極間電阻僅48歐姆,可以認(rèn)為避雷器本體擊穿,中性點(diǎn)直接接地。

        據(jù)圖1,當(dāng)并聯(lián)電容器組中性點(diǎn)避雷器擊穿后,該并聯(lián)電容器組接線型式實(shí)際變成中性點(diǎn)接地單星形,如圖4所示。根據(jù)《標(biāo)稱電壓1000V以上交流電力系統(tǒng)用并聯(lián)電容器第3部分:并聯(lián)電容器和并聯(lián)電容器組的保護(hù)》,這種接線型式并聯(lián)電容器組應(yīng)當(dāng)配置中性點(diǎn)電流保護(hù)或中性點(diǎn)電壓保護(hù),而不應(yīng)配置不平衡電壓保護(hù)[4]。

        如圖4所示,當(dāng)中性點(diǎn)避雷器擊穿后,放電線圈相當(dāng)于通過電抗器接在10kV母線上,當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí),不平衡電壓可以通過放電線圈二次開口三角采樣,從而導(dǎo)致并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)動作。10kV系統(tǒng)是小電流接地系統(tǒng),系統(tǒng)單相接地故障多發(fā),因此當(dāng)中性點(diǎn)避雷器擊穿后,系統(tǒng)單相接地故障導(dǎo)致并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)頻繁動作。

        圖4 中性點(diǎn)避雷器擊穿后的接線方式

        綜上分析,事故并聯(lián)電容器組的接線型式不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,建議依據(jù)典型設(shè)計(jì),采用中性點(diǎn)不接地單星形接線,拆除中性點(diǎn)避雷器;此外根據(jù)《35kV~220kV變電站無功補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》規(guī)定,選擇保護(hù)并聯(lián)電容器裝置的金屬氧化物避雷器的額定電壓應(yīng)考慮系統(tǒng)單相接地引起的工頻電壓升高[3]。因此并聯(lián)電容器組避雷器應(yīng)安裝于電容器線端與地之間,而不應(yīng)與電容器并聯(lián),否則無法限制系統(tǒng)單相接地引起的工頻電壓升高。從圖1可以看出,故障并聯(lián)電容器組避雷器的安裝方式不符合標(biāo)準(zhǔn)要求;結(jié)合以上兩點(diǎn),需對該并聯(lián)電容器組進(jìn)行改造,拆除中性點(diǎn)避雷器,并將并聯(lián)電容器組避雷器直接接地,改進(jìn)接線如圖5。

        圖5 改進(jìn)的接線方式

        綜上,本文針對10kV并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)頻繁動作特定事件,結(jié)合保護(hù)原理分析了不平衡電壓保護(hù)動作的原因,并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施;從事件處理中可以看出,在并聯(lián)電容器組不平衡電壓保護(hù)動作缺陷處理中,檢修人員缺乏對保護(hù)原理的分析,事故檢查試驗(yàn)缺乏針對性,處理方式比較常規(guī),往往不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷或問題;部分并聯(lián)電容器組設(shè)計(jì)不符合規(guī)范,廠家在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求,創(chuàng)新性設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)充分論證方可投入應(yīng)用,否則可能導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行異常。

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