一起500kV串補線路瞬時性故障時串補間隙自觸發(fā)現(xiàn)象的分析

摘 要：文章對某500kV串補線路在一次線路瞬時性故障時，間隙發(fā)生自觸發(fā)現(xiàn)象進行了分析，并對間隙觸發(fā)系統(tǒng)及觸發(fā)原理進行了介紹，同時對可能導(dǎo)致間隙自觸發(fā)產(chǎn)生的原因進行了檢查分析，并提出了現(xiàn)場對間隙設(shè)備的維護建議。

關(guān)鍵詞：串補設(shè)備；瞬時性接地故障；間隙系統(tǒng)；間隙自觸發(fā)

引言

500kV超高壓輸電線路串聯(lián)補償設(shè)備中的火花放電間隙（GAP）是重要的過電壓保護設(shè)備，串補設(shè)備運行中，其作為金屬氧化物避雷器（MOV）的主保護和電容器組的后備保護，在線路故障或不正常運行情況下，由串補本體保護動作發(fā)送觸發(fā)信號使之觸發(fā)，間隙在收到觸發(fā)信號后，會迅速擊穿，用以將電容器和金屬氧化物避雷器MOV旁路，以避免金屬氧化物避雷器MOV在超過極限熱容量而損壞。正常情況下，間隙為強制觸發(fā)間隙，即由串補本體保護動作發(fā)送觸發(fā)命令來強制觸發(fā)導(dǎo)通。而間隙自觸發(fā)是指當(dāng)間隙兩端的電壓達到一定的電壓水平時，在未接收到串補本體保護發(fā)送的觸發(fā)命令時，火花間隙的電極將過壓擊穿，形成放電回路從而導(dǎo)通的現(xiàn)象，是火花間隙本身的物理特性。間隙為串補電容器組和MOV的過壓保護，是防止串補電容器組和MOV過壓損壞的本體保護功能，間隙自觸發(fā)的動作不依賴于控制保護邏輯和故障點范圍。而根據(jù)間隙自觸發(fā)會將導(dǎo)致串補旁路并重投，且當(dāng)過電壓未達到間隙的自觸發(fā)保護水平時，間隙不應(yīng)該發(fā)生自觸發(fā)現(xiàn)象。文中對某500kV串補線路在一次線路瞬時性故障時，間隙發(fā)生自觸發(fā)現(xiàn)象進行了分析，并針對自觸發(fā)原因提出了維護建議。

1 故障概述

某年8月14日17時02分，500kV河某站500kV某河II線（帶固定串聯(lián)補償設(shè)備，單套裝置的容量為476MVar，額定容抗為27.5ohm/相，補償度為31%）B相發(fā)生瞬時接地故障，線路保護正確動作，線路重投成功，故障點距本側(cè)186.9km，最大故障電流為2340A。故障時刻，同時某河II線線路聯(lián)動串補保護動作、間隙自觸發(fā)保護動作將串補旁路，重投延時后串補重投成功。

2 串補保護錄波波形分析

故障發(fā)生后，現(xiàn)場調(diào)取串補保護波形發(fā)現(xiàn)，故障后2ms電容器組兩端的電壓最高為167kV（遠小于間隙的自觸發(fā)保護水平），電容器電壓波形如圖1所示。

圖1 串聯(lián)電容器組電壓波形圖

而此時間隙導(dǎo)通，且間隙的最大電流達34.9kA，間隙電流如圖2所示。

同時從串補錄波波形開關(guān)量信息可知，串補本體保護在線路故障后，19ms收到線路聯(lián)動串補保護并發(fā)送間隙觸發(fā)命令，但此時電容器電壓為0，因此串補本體保護未發(fā)送觸發(fā)間隙命令。間隙導(dǎo)通后，串補本體保護檢測到間隙電流，21ms自觸發(fā)保護動作發(fā)三相旁路命令，串補本體保護的MOV保護功能均沒有動作。

間隙自觸發(fā)定值是通過調(diào)整火花間隙一次設(shè)備中與分壓電容串聯(lián)的密封空氣間隙中的間隙距離來實現(xiàn)的，現(xiàn)場間隙自觸發(fā)保護水平一般設(shè)置為電容器組過壓保護水平的1.05至1.1倍之間，目前該串補的電容器保護水平為2.3p.u（222kV），因此間隙自觸發(fā)的過電壓水平為230kV-245kV，從故障情況并結(jié)合線路保護中的錄波文件分析可知，線路的故障電流較小，電容過電壓水平遠小于設(shè)置保護定值，此時間隙不應(yīng)該發(fā)生自觸發(fā)現(xiàn)象。又從間隙的電流波形分析可知，串補保護檢測到間隙電流，并一定延時后間隙自觸發(fā)保護動作，且故障過程匯總未出現(xiàn)過電壓情況，MOV保護功能未動作正確，排除MOV保護失靈的可能，因此串補本體保護動作正確，串補間隙本體在未達到設(shè)定的自觸發(fā)水平而自觸發(fā)導(dǎo)通現(xiàn)象不正常。

3 間隙觸發(fā)原理及間隙的自觸發(fā)保護功能介紹

3.1 串補間隙觸發(fā)系統(tǒng)的原理

該線路串補工程于2003年投運，采用的西門子串補技術(shù)，其強制型觸發(fā)型火花間隙的構(gòu)成如圖3所示，主要包括以下主要部件：

（1）自放電型主間隙2臺，G1和G2；（2）觸發(fā)放電型密封間隙2臺，TRIG1和TRIG2；（3）限流電阻器2只，R1和R2；（4）脈沖變壓器2個，T1和T3；（5）高絕緣脈沖變壓器2臺，T2和T4；（6）均壓電容器4只，C1、C2、C3和C4。

圖3 西門子串補火花間隙系統(tǒng)的構(gòu)成

由圖3可知，串補裝置以額定值正常運行時，兩個串聯(lián)連接的主間隙（G1、G2）與阻尼電抗裝置串聯(lián)后并接在電容組兩端，其各承擔(dān)串補電容器組額定電壓的1/2。在線路出現(xiàn)接地故障時，由于限壓器的作用，假設(shè)使電容器組的電壓最高上升到2.3p.u，因此兩個主間隙（G1和G2）在動作前承擔(dān)的電壓約為1.15p.u。主間隙內(nèi)部由閃絡(luò)間隙和續(xù)流間隙構(gòu)成，如圖4所示，其中閃絡(luò)間隙是主間隙中放電起始間隙，間隙距離將根據(jù)其自放電電壓進行調(diào)整，以保證在沒有觸發(fā)的情況下間隙在最大可能經(jīng)受的過電壓下不會自放電。

當(dāng)輸電線路出現(xiàn)接地故障時，由限壓器（MOV）將電容器組的過電壓限制在2.3p.u。在未接收到觸發(fā)命令前，兩個串聯(lián)的主間隙各承擔(dān)1.15p.u。當(dāng)間隙的觸發(fā)控制系統(tǒng)接收到觸發(fā)命令時，將同時向脈沖變壓器T1和T2的一次繞組發(fā)出點火脈沖，經(jīng)變壓器器壓后使密封間隙TR=G1的兩個球面電極上的火花塞對球面放電，放電產(chǎn)生的小火花將迅速促使密封間隙TRIG1擊穿。TRIG1擊穿后，均壓電容器C1（如圖3示）將通過脈沖變壓器T3和T4的一次繞組以及限流電阻R1放電，在脈沖變壓器T3和T4的二次繞組產(chǎn)生的高壓脈沖將使密封間隙TRIG2的兩個球面電極上的火花塞對球面放電，放電產(chǎn)生的小火花將進一步迅速促使密封間隙TRIG2擊穿，并使均壓電容器C2通過限流電阻R2放電。當(dāng)均壓電容器C1和C2的電壓迅速降低時，主間隙G2上的電壓也將迅速升高到自放電水平并被擊穿放電，與此同時主間隙G1上的電壓也將迅速升高到自放電水平并被擊穿放電。至此，兩個串聯(lián)連接的主間隙全部放電，使串補電容器組經(jīng)阻尼電抗裝置旁路。

3.2 串補間隙自觸發(fā)保護功能

串補本體保護的間隙自觸發(fā)保護是當(dāng)保護裝置未發(fā)出觸發(fā)命令（且檢測到雙重化配置的另一套串補保護也未發(fā)送間隙觸發(fā)命令）時，而出現(xiàn)間隙電流且其幅值高于裝置設(shè)置的間隙電流定值，固定延時一定時間后，間隙自觸發(fā)保護動作，將串補三相旁路。間隙自觸發(fā)保護設(shè)置的目的主要是作為火花間隙的自身保護，當(dāng)火花間隙的主間隙、密封間隙、分壓電容等元件的工況發(fā)生變化時，且嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致電容器組的過壓保護配合失步，由于正常運行中試無法檢測發(fā)現(xiàn)的，故設(shè)置間隙自觸發(fā)保護以便在故障時刻考核火花間隙的耐壓水平，另一個目的是作為電容器組的后備保護及MOV的主保護功能，MOV為串補電容器組的過電壓的主保護，當(dāng)MOV主保護功能失靈時，同時間隙自觸發(fā)保護起到后備保護功能，將電容器組兩端電壓控制在自觸發(fā)保護水平之內(nèi)，防止過電壓損壞電容器組。

4 串補間隙自觸發(fā)原因分析及維護建議

從上述間隙系統(tǒng)及觸發(fā)原理的介紹可知，導(dǎo)致間隙自觸發(fā)的原因，主要可能由以下幾種可能：（1）間隙電極間的距離的整定值的影響，其是否按自觸發(fā)電壓設(shè)計值整定，主間隙石墨電極的密封箱體是否存在滲水現(xiàn)象，導(dǎo)致雨天深入滲水附著在主間隙石墨球上，同時灰塵與附著雨水凝結(jié)在電極球上，間隙耐壓水平下降，從而引起間隙自觸發(fā)。因此建議在串補年度停電檢修期間，檢查確認(rèn)各串補間隙電極間距離的整定值是否按自觸發(fā)電壓設(shè)計值整定，同時檢查箱體的滲水情況，是否有滲水痕跡，并對間隙球的表面進行檢查，看是存在否附著灰塵顆粒表面不光滑現(xiàn)象，并進行維護。（2）間隙系統(tǒng)本身存在元件異常，如火花間隙系統(tǒng)匯總的分壓電容損壞等，導(dǎo)致間隙在未達到設(shè)置的耐壓水平而發(fā)生自觸發(fā)現(xiàn)象。對此，建議年度停電檢修時，增加對間隙均壓電容器的檢測，對所有分壓電容及密封空氣間隙進行耐壓試驗檢查，以避免因均壓電容器參數(shù)變化、密封間隙運行工況發(fā)生變化導(dǎo)致間隙自觸發(fā)現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻

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作者簡介：榮軍（1986-），男，本科學(xué)歷，助理工程師，從事電力系統(tǒng)及繼電保護方面工作。