500 kV主變低壓側(cè)電抗器保護(hù)配置方式的探討

張偉耀

（紹興電力局，浙江 紹興 312000）

為了方便對(duì)系統(tǒng)電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，500 kV主變低壓側(cè)通常安裝了大量干式電抗器，在一部分500 kV變電站設(shè)計(jì)時(shí)，干式電抗器往往采用開關(guān)及電流互感器位于中性點(diǎn)側(cè)的接線方式，見圖1。但這種接線方式在節(jié)約投資的同時(shí)也給電抗器保護(hù)的配置帶來一些問題。

由于尚未制訂關(guān)于500 kV主變低壓側(cè)干式電抗器保護(hù)配置的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程，所以有不同的保護(hù)配置方式。比較典型的有：只配低電流保護(hù)；只配過電流保護(hù)；低電流加過電流保護(hù)。保護(hù)出口均跳主變低壓開關(guān)，如果沒有安裝低壓開關(guān)的，則跳主變高中壓側(cè)開關(guān)。為使電抗器故障時(shí)保護(hù)能可靠動(dòng)作，有必要對(duì)保護(hù)配置方式加以探討。

1 電抗器故障的分析

1.1 干式電抗器一相完全短路

圖1 500 kV主變及電抗器接線

由圖2可見，當(dāng)電抗器一相完全短路時(shí)，故障相電流增加為原額定相電流的3倍，非故障相電流增加為原額定相電流的倍，各線電壓仍保持不變。

圖2 電抗器單相短路相量圖

在實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)電抗器發(fā)生單相匝間短路時(shí)，根據(jù)短路程度不同，故障后三相電流都較完全短路時(shí)有所降低，但最終各相電流表現(xiàn)的是過電流，而不是低電流。并且，這與匝間短路時(shí)是否發(fā)生接地及電流互感器與電抗器的接線位置無關(guān)。根據(jù)以上分析，應(yīng)配置過電流保護(hù)快速正確地切除此類故障。

1.2 兩相及以上短路或接地故障

電抗器二相間短路或單相接地短路故障示意見圖3，由圖3可知，在電抗器之前發(fā)生兩相及以上短路或接地故障時(shí)，所有故障電流均在電流互感器之前形成環(huán)流Id1或接地電流Id2，流入電流互感器的電流Id3為零。此時(shí)，只要閉鎖措施可靠，動(dòng)作電流整定合適，欠電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可以設(shè)置得很短，使故障能以最快的速度切除。當(dāng)同類故障發(fā)生在主變低壓引線之后至電流互感器之前時(shí)，根據(jù)短路時(shí)的阻抗不同，Id1或Id2與之前相比會(huì)有所下降，但仍占大部分，流入電流互感器的電流Id3，只占一小部分，表現(xiàn)為低電流。低電流保護(hù)同樣能可靠快速地切除故障，保證系統(tǒng)的安全。

圖3 電抗器兩相短路或接地時(shí)的故障電流

主變低壓側(cè)雖然安裝有低壓側(cè)過流保護(hù)，作為低壓側(cè)兩相及以上短路或接地故障的后備，動(dòng)作時(shí)間整定為2 s。但是該保護(hù)的靈敏度范圍只考慮到低壓母線，對(duì)低壓母線之后的兩相及以上短路接地故障不一定能夠可靠動(dòng)作，而且動(dòng)作時(shí)間過長(zhǎng)，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

為能可靠而快速地切除主變低壓側(cè)的兩相及以上短路或接地故障，應(yīng)配置欠電流保護(hù)。

2 干式空心電抗器故障實(shí)例

從近20年的干式空心電抗器運(yùn)行情況分析，干式電抗器在運(yùn)行中主要暴露出以下兩個(gè)方面的問題：

（1）內(nèi)部絕緣擊穿起火燒毀。這是由于干式電抗器運(yùn)行過程中的高溫環(huán)境，導(dǎo)致內(nèi)部絕緣缺陷逐漸暴露，最終導(dǎo)致匝間絕緣損壞而在運(yùn)行中起火燒毀。另外，操作過電壓也可能引起匝間絕緣擊穿而導(dǎo)致電抗器起火燒毀。

（2）表面樹枝狀放電。戶外使用的干式空心電抗器在運(yùn)行3～5年后，線圈外表面出現(xiàn)了大面積樹枝狀放電且發(fā)展迅速，損壞導(dǎo)線絕緣引起電抗器的燒毀。

從以上分析可知，干式空心電抗器故障率最高的就是單相匝間短路故障引起燃燒。

如某500 kV變電站于2009年11月27日06∶24，2號(hào)主變1號(hào)電抗器B相發(fā)生絕緣擊穿故障，跳開2號(hào)主變開關(guān)。

當(dāng)時(shí)接線方式見圖1。2號(hào)主變1號(hào)電抗器運(yùn)行。系統(tǒng)電壓正常。電抗器負(fù)荷電流為992.9 A。2005年投運(yùn)至今設(shè)備運(yùn)行、試驗(yàn)情況均正常，且2009年10月14日電抗器檢查試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，同年10月及11月紅外測(cè)溫情況正常。

事后觀察，2號(hào)主變1號(hào)電抗器B相底部西南端支持瓷瓶上方有明顯短路擊穿痕跡（見圖4）。

圖4 2號(hào)主變1號(hào)電抗器B相故障點(diǎn)

保護(hù)投入及動(dòng)作情況：只投入過電流保護(hù)Ⅰ，Ⅱ段。過電流Ⅰ段整定3.1 A，0 s；Ⅱ段整定0.93 A，0.6 s，保護(hù)出口跳主變低壓開關(guān)。06∶24 2號(hào)主變1號(hào)電抗器保護(hù)過流Ⅱ段動(dòng)作，二次動(dòng)作電流 Ib：1.76 A， 一次電流為 IB：2816 A。

3 結(jié)語

從以上分析可知，當(dāng)500 kV主變低壓側(cè)干式電抗器采用開關(guān)及電流互感器接于中性點(diǎn)側(cè)接線方式時(shí)，為可靠切除電抗器故障率最高的單相匝間短路引起燃燒的故障，必須安裝過電流保護(hù)。而為了能在主變低壓引線之后至電流互感器之前發(fā)生兩相及以上短路或接地故障時(shí)，電抗器能正確動(dòng)作切除故障，電抗器保護(hù)還應(yīng)配置低電流保護(hù)。所以，500 kV主變低壓側(cè)干式電抗器的最佳配置方式為過電流加低電流保護(hù)。只配置低電流或過電流保護(hù)存在一定的安全隱患。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)裝置均有可能拒動(dòng)，擴(kuò)大事故范圍，造成更大的損失。

[1]錢之銀，楊凌輝，朱峰，等.并聯(lián)干式電抗器故障原因分析.華東電力，2000，28（4）∶10-13.