一起變電站故障錄波裝置頻繁啟動(dòng)分析

陳志明

【摘 要】故障錄波裝置是電力系統(tǒng)中分析事故的重要工具。其對(duì)系統(tǒng)中的異常狀態(tài)也有一定的監(jiān)測作用，本文從電壓互感器高壓熔斷器熔斷引起的電壓異常，分析了一起故障錄波器頻繁啟動(dòng)的原因，并就電壓互感器高壓熔斷器熔斷的原因進(jìn)行了分析，提出了消除高壓熔斷器熔斷的故障隱患措施。

【關(guān)鍵詞】故障錄波；高壓熔斷器；電容器；諧波

0.前言：

故障錄波器在系統(tǒng)發(fā)生故障及擾動(dòng)時(shí)，能迅速啟動(dòng)錄波，采集系統(tǒng)故障電氣量，記錄電網(wǎng)中各種故障及擾動(dòng)發(fā)生的過程，為分析故障和檢測電網(wǎng)運(yùn)行情況提供依據(jù)，在提高電力系統(tǒng)運(yùn)行水平起到重要的作用；故障錄波器非正常頻繁啟動(dòng)，會(huì)造成報(bào)警通道堵塞，影響正常監(jiān)盤及故障錄波裝置的工作，所以應(yīng)及時(shí)查找故障錄波頻繁啟動(dòng)的原因，消除故障。

1. 故障錄波頻繁啟動(dòng)原因分析

2008年3月，我站一次系統(tǒng)中無擾動(dòng)及故障，#2、#4變壓器故障錄波每隔半小時(shí)甚至幾分鐘就啟動(dòng)一次；#2、#4變壓器故障錄波的頻繁啟動(dòng)，剛開始時(shí)以為是系統(tǒng)擾動(dòng)所致，后來每隔半小時(shí)甚至幾分鐘就啟動(dòng)一次，引起了我們的注意。

故障錄波的啟動(dòng)方式應(yīng)保證在系統(tǒng)發(fā)生任何類型故障時(shí)，故障錄波器都可靠地啟動(dòng)。一般包括以下啟動(dòng)方式：負(fù)序電壓 、低電壓、過電流、零序電流、零序電壓、開關(guān)量、保護(hù)啟動(dòng)等條件；

我站#2、#4變壓器故障錄波器錄波范圍主要為#2、#4主變的三側(cè)開關(guān)之間范圍及相應(yīng)的35kV Ⅱ、Ⅳ母線設(shè)備；我們進(jìn)入#2、#4變壓器故障錄波器查看啟動(dòng)的原因，發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)信息顯示為#2主變變低低電壓啟動(dòng)，查看低電壓啟動(dòng)定值為51.9V；其中#2主變變低低電壓為35kV Ⅱ母線PT電壓。

在35kV母線所有電抗器投入的時(shí)候，35kV母線電壓會(huì)偏低，進(jìn)而故障錄波可能會(huì)因?yàn)槟妇€的低電壓啟動(dòng)錄波，而此時(shí)35kV Ⅱ母線所有電抗器都未投入，故障錄波因電壓低而頻繁啟動(dòng)，我們在監(jiān)控上面對(duì)比了幾條35kV母線的電壓，顯示35kV Ⅱ母線比其他母線電壓有偏低幾千伏（35kVⅠ母線為34.1kV、35kVⅡ母線為31.2kV、35kVⅢ母線為34.2kV），而500kV、220kV側(cè)是并列運(yùn)行的，35kV側(cè)都無投入電抗器組，初步判斷是35kV Ⅱ母線電壓存在異常。

為了防止測控裝置故障導(dǎo)致監(jiān)控電壓顯示異常，我們到場地的端子箱對(duì)35kV母線的三相電壓進(jìn)行了測量，得出三段母線各相二次對(duì)地電壓數(shù)據(jù)如下：

其他幾條母線的電壓二次都正常，三相平衡，在測量35kV Ⅱ母線電壓的時(shí)候，在斷開PT二次側(cè)空開后，測量其輸出電壓，其中UA為56.7V、UB為51.7V、UC為56.6V，合上PT二次側(cè)空開帶負(fù)荷后，在接口屏測得電壓為UA為56.6V、UB為50.5V、UC為57V，發(fā)現(xiàn)B相電壓在二次側(cè)較其他兩相電壓明顯低了5伏，并比故障錄波的啟動(dòng)定值51.9V低，檢查二次回路端子箱上面的相關(guān)端子并未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)，我們分析導(dǎo)致電壓偏低的原因有：1、電壓互感器的一次熔斷器燒斷或損壞導(dǎo)致電阻增大；2、電壓互感器二次繞組故障；3、電壓互感器二次空開脫扣；4、系統(tǒng)有單相接地。

由于PT三相電壓有兩相電壓正常，B相電壓偏低，則可以判斷為非接地故障。而電壓偏低相電壓值未降低為零，檢查二次空開也未跳開，二次回路端子也未見松動(dòng)，則可排除二次空開脫扣原因。而當(dāng)電壓互感器高壓熔絲單相熔斷或損壞導(dǎo)致電阻增大時(shí)，熔斷相對(duì)地電壓降低，由于相間線圈的互感，熔斷相還會(huì)有一定的感應(yīng)電壓，而非熔斷相為正常電壓。經(jīng)過分析，認(rèn)為PT一次熔斷器燒壞的可能性比較大。

在向調(diào)度申請將PT轉(zhuǎn)檢修后，將PT一次三相熔斷器拆下來，用萬用表測量三相的熔斷器電阻，發(fā)現(xiàn)B相的熔斷器電阻明顯偏大，為此我們將損壞的B相熔斷器更換同型號(hào)的熔斷器裝上，注意熔斷器額定電流要與原來的相同，新更換的熔斷器電阻要與原兩相熔斷器的電阻要平衡；完成更換熔斷器工作后，對(duì)PT進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)異常，即向調(diào)度申請將PT由檢修轉(zhuǎn)運(yùn)行，測量PT的二次電壓正常，三相平衡，故障錄波頻繁啟動(dòng)現(xiàn)象消失。

2. PT高壓熔斷器頻繁損壞原因分析

然而在2008年6月、9月相繼在其他35kV母線再次發(fā)生PT高壓熔斷器損壞的情況，其中一次引起母差接地告警信號(hào)；頻繁的PT熔斷器損壞引起了我們的重視，引起PT高壓熔斷器故障的主要原因有：

1） 一次系統(tǒng)發(fā)生單相接地，產(chǎn)生弧光接地過電壓[1]；

2）PT本身內(nèi)部出現(xiàn)單相接地或匝間、層間、相間短路故障；

3）二次負(fù)載過重，將導(dǎo)致電壓互感器一、二次熔斷器熔斷；

4） PT二次側(cè)發(fā)生短路，而二次側(cè)熔斷器未熔斷，造成高壓熔斷器熔斷；

5） 一次系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境變化，出現(xiàn)鐵磁諧振，引起電壓互感器一、二次側(cè)熔斷器熔斷。

由于系統(tǒng)中并無接地故障，可排除第一種情況；而每次PT高壓熔斷器更換后對(duì)PT本體進(jìn)行試驗(yàn)，都無發(fā)現(xiàn)異常，則可排除第二種情況；測量PT二次并未發(fā)生接地、短路現(xiàn)象，二次負(fù)荷也正常，所以可以排除第三、四種情況。那么就可以基本確定是鐵磁諧振引起的一次熔斷器損壞。

系統(tǒng)出現(xiàn)非線性負(fù)荷掛網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，將在電網(wǎng)產(chǎn)生電壓與電流的畸變。此時(shí)的諧波源相當(dāng)于一個(gè)很大的電流源，其產(chǎn)生的諧波電流加在系統(tǒng)感抗和電容器組的容抗之間，形成并聯(lián)回路。當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)感抗等于電容器容抗時(shí)即wL=l/wc，將形成并聯(lián)諧振。此時(shí)并聯(lián)回路總阻抗相當(dāng)于無窮大，諧波電流流經(jīng)阻抗無窮大回路時(shí)候，將產(chǎn)生無窮大的諧波電壓，當(dāng)電路發(fā)生由諧波激勵(lì)的串聯(lián)諧振時(shí)，電路的阻抗，電路中總阻抗最小，電流將達(dá)到最大值。

在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線性電感元件與系統(tǒng)中電容串聯(lián)可能引起鐵磁諧振，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行構(gòu)成危害。在中性點(diǎn)不接地的非直接接地系統(tǒng)中，鐵磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓是常見的，是造成事故較多的一種內(nèi)部過電壓。

在發(fā)生連續(xù)高壓熔斷器熔斷的月份中，都為高溫高負(fù)荷季節(jié)，35kV母線設(shè)備的主要操作為電容器的投切操作，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，每日每段母線需投切電容器最多的次數(shù)達(dá)到9臺(tái)/次，因此投退電容器的操作是引起鐵磁諧振過電壓的主要原因。圖1及圖2分別為系統(tǒng)與電容器并聯(lián)諧振原理圖及轉(zhuǎn)化等效電路。

并聯(lián)電容器組用來改善系統(tǒng)的功率因素和調(diào)壓。[4]當(dāng)系統(tǒng)存在諧波時(shí)，電容器可能與系統(tǒng)的感性部分組合，在一定的頻率下，形成串聯(lián)或并聯(lián)諧振，電容器投入在電壓已經(jīng)發(fā)生畸變的電網(wǎng)時(shí)，可能使電網(wǎng)的諧波加劇，對(duì)諧波進(jìn)行嚴(yán)重放大，而多組電容器短時(shí)間內(nèi)連續(xù)投入，將使得放大的諧波再次疊加，與系統(tǒng)的感抗耦合，形成諧振過電壓或過電流，嚴(yán)重危害電容器本身和其附近的電氣設(shè)備的安全。

3.建議采取措施

經(jīng)分析，我站35kV PT高壓熔斷器容易燒壞的原因主要是連續(xù)投切電容器使得諧波的放大及疊加，導(dǎo)致產(chǎn)生諧振過電壓。為防止并聯(lián)電容器對(duì)諧波放大的措施危及系統(tǒng)運(yùn)行和設(shè)備安全，應(yīng)采取以下措施：

1） 在并聯(lián)電容器電路中串接電抗器。這是有效降低電容器對(duì)諧波放大的主要措施。

2） 在諧波源附近裝設(shè)交流濾波裝置或有源濾波器，用以吸收諧波電流，使諧波電流不能進(jìn)入系統(tǒng)。

3） 提高系統(tǒng)和設(shè)備的抗諧波能力，設(shè)法改變互感器的感抗或系統(tǒng)對(duì)地容抗，避免匹配成諧振參數(shù)。

4）加裝電容器諧波保護(hù)裝置，當(dāng)系統(tǒng)因投切電容引起的諧波放大達(dá)到整定值時(shí)，能及時(shí)切除相應(yīng)的電容器組，防止諧波被進(jìn)一步放大，引起系統(tǒng)諧振。

5）注意連續(xù)投入電容器的時(shí)間間隔，由于諧波具有衰減性，當(dāng)投入一組電容器時(shí)，放大的諧波會(huì)隨時(shí)間而衰減，所以應(yīng)在投入同一母線第二組電容器時(shí)應(yīng)間隔數(shù)分鐘，防止諧波的疊加產(chǎn)生而引起系統(tǒng)諧振。

4.歸納總結(jié)

故障錄波啟動(dòng)的方式有很多種，當(dāng)其頻繁啟動(dòng)時(shí)，要留意其啟動(dòng)的原因，是否設(shè)備的故障導(dǎo)致其啟動(dòng)，由于35kV電壓互感器一次熔斷器燒壞的時(shí)候，由于感應(yīng)電壓的存在，該相電壓不會(huì)很明顯下降，需通過對(duì)比相鄰相及相鄰母線電壓；而頻繁的PT熔斷器故障源于投入電容器時(shí)引起的諧波放大及疊加，作為運(yùn)行人員應(yīng)控制連續(xù)投入同一母線電容器組的間隔時(shí)間，避免系統(tǒng)諧振的發(fā)生而導(dǎo)致高壓PT熔斷器的損壞。

對(duì)于一些非故障信號(hào)的頻繁啟動(dòng)要引起重視，不能因?yàn)樵撔盘?hào)不影響系統(tǒng)運(yùn)行或系統(tǒng)中無明顯故障而對(duì)此麻痹，進(jìn)而忽略了一些隱患的設(shè)備缺陷，要查找出引起改信號(hào)啟動(dòng)的根本原因，及時(shí)消除隱患。

參考文獻(xiàn)：

[1]電力系統(tǒng)諧波-基本原理、分析方法和濾波設(shè)計(jì) 2011年，機(jī)械工業(yè)出版社，GeorglJ.Wakilch.

[2]電力系統(tǒng)高次諧波，1998年，中國電力出版社 呂潤馀.

[3]諧波的抑制與利用， 2000年，電網(wǎng)技術(shù) 張 峰.

[4]電網(wǎng)并聯(lián)電容器組對(duì)諧波的放大分析 1999 年 南昌水專學(xué)報(bào) 張興旺.