500kV變電站（換流站）備用電源高壓保險(xiǎn)熔斷故障原因分析及治理措施

劉曉芳，黃錚

（國(guó)網(wǎng)湖北省檢修公司鄂中運(yùn)修分部，湖北武漢420030）

500kV變電站（換流站）備用電源高壓保險(xiǎn)熔斷故障原因分析及治理措施

劉曉芳，黃錚

（國(guó)網(wǎng)湖北省檢修公司鄂中運(yùn)修分部，湖北武漢420030）

針對(duì)500kV變電站（換流站）備用電源電壓互感器多次發(fā)生故障，甚至引起電壓互感器燒毀的事故。通過(guò)對(duì)八個(gè)變電站備用電源進(jìn)線電壓互感器的多次故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；研究分析中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)高壓保險(xiǎn)異常熔斷原因；提出綜合治理措施方案，實(shí)際運(yùn)行表明，對(duì)于鐵磁諧振等原因引起電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷故障，抑制效果非常有效。

鐵磁諧振；備用電源；高壓保險(xiǎn)熔斷；非線性電阻

0　引言

在500kV變電站（換流站）備用電源通常采用中性點(diǎn)不接地方式，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，多次發(fā)生電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷故障，甚至引起電壓互感器燒毀的事故。由于沒(méi)有深入分析高壓保險(xiǎn)異常熔斷故障原因，而且在不同環(huán)境和運(yùn)行條件下，其故障原因有所不同，只有準(zhǔn)確分析原因，才能采取有效的治理措施。

1　備用電源電壓互感器故障統(tǒng)計(jì)

對(duì)八個(gè)變電站備用電源進(jìn)線電壓互感器62次故障情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中58次出現(xiàn)在未采取消諧措施的變電站，而電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷故障54次占86%，由此可見(jiàn)電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷是最常見(jiàn)的故障現(xiàn)象。例如：朝陽(yáng)變#0站用變保護(hù)CSC-241C電壓互感器斷線或失壓動(dòng)作后，對(duì)整個(gè)所用電系統(tǒng)以及江南線終端塔進(jìn)行了檢查，均無(wú)異常，對(duì)側(cè)母線電壓正常。檢查確定為13MPT C相一次保險(xiǎn)熔斷。

2　備用電源電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷原因分析

造成高壓保險(xiǎn)熔斷的原因可能為系統(tǒng)故障、電壓互感器自身故障、操作故障等。500kV變電站備用電源進(jìn)線系統(tǒng)均為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，該系統(tǒng)有大量的儲(chǔ)能元件，如電壓互感器、變壓器等電感元件及線路對(duì)地電容等電容元件，其系統(tǒng)的暫態(tài)特性是導(dǎo)致站用電系統(tǒng)事故的直接原因。系統(tǒng)中可能對(duì)站用電設(shè)備造成系統(tǒng)暫態(tài)沖擊的主要因素有：①鐵磁諧振過(guò)電壓；②低頻飽和電流；③電壓互感器入口電容的沖擊電流。2.1鐵磁諧振過(guò)電壓

研究表明引起鐵磁諧振過(guò)電壓的條件為：①系統(tǒng)電網(wǎng)中性點(diǎn)對(duì)地絕緣；②電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)直接接地；③系統(tǒng)電網(wǎng)的對(duì)地電容與互感器的勵(lì)磁電感相匹配，且初始感抗應(yīng)大于容抗；④具有一定的外界激發(fā)”條件。500kV變電站（換流站）備用電源系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)滿足上述前三個(gè)條件，且因其在系統(tǒng)中發(fā)揮備用電源作用，此類空載母線或送電線路的突然合閘操作較多，且線路普遍較長(zhǎng)，多處于雷區(qū)，單相故障頻發(fā)，外界“激發(fā)”條件極易出現(xiàn)，故發(fā)生鐵磁諧振的幾率非常高。

對(duì)架空線路的電容電流估算公式為：IC=(2.7～3.3)UL×L×10-3（其中UL為線路的額定線電壓；L為架空線路的長(zhǎng)度，當(dāng)線路有、無(wú)避雷線時(shí)，系數(shù)分別為3.3與2.7）。根據(jù)歐姆定律，電容電流還可以寫(xiě)成IC= 3×Up×103/Xc（其中Up為線路的額定相電壓；Xc為架空線路的單相對(duì)地容抗）。由此可以求得Xc=1.732× 106/(2.7～3.3)L，可以看到，若Xc/XL＜0.01時(shí)（XL為架空線路的感抗），不發(fā)生諧振，相應(yīng)的線路長(zhǎng)度應(yīng)為大于52.48/XL（按架空線路有避雷器取3.3系數(shù)）。經(jīng)計(jì)算表明我公司變電站極易發(fā)生鐵磁諧振，且大都為分頻諧振和基波諧振。

2.2低頻飽和電流

在中性點(diǎn)不接地備用電源系統(tǒng)中，系統(tǒng)對(duì)地電容較大，當(dāng)接地故障消失，健全相對(duì)地電容通過(guò)電壓互感器接地的中性點(diǎn)形成回路，構(gòu)成低頻振蕩電壓分量，促使電壓互感器始終飽和，因而形成低頻飽和電流。它在單相接地消失后1/4～1/2工頻周期內(nèi)出現(xiàn)，一個(gè)幅值很高的低頻飽和電流將在電壓互感器一次繞組中流過(guò)，導(dǎo)致鐵心嚴(yán)重飽和，引起高壓保險(xiǎn)熔斷。

2.3電壓互感器入口電容的沖擊電流

沖擊電壓下的電磁式電壓互感器等效電路如圖1所示。一次繞組含有電感L，對(duì)地電容Cg，縱向電容Cs，在沖擊電壓下，當(dāng)沖擊波頭時(shí)間較小時(shí)L的電抗值很大，流過(guò)電感的電流極小，這時(shí)的電壓互感器等效為一個(gè)入口電容，流過(guò)的沖擊電流較大。

圖1　電磁式電壓互感器在沖擊電壓下等值電路圖

3　治理500kV變電站（換流站）備用電源電壓互感器高壓保險(xiǎn)熔斷的綜合措施

根據(jù)本公司各變電站的實(shí)際情況，采取電壓互感器一次側(cè)安裝非線性電阻和提高高壓保險(xiǎn)容量相結(jié)合的綜合治理措施。

3.1電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)和地之間安裝非線性電阻

在電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)和地之間安裝非線性電阻，它的接入相當(dāng)于在電壓互感器一次側(cè)每相對(duì)地都接入電阻，能消除或阻尼電壓互感器鐵磁諧振的發(fā)生，還能限制單相接地故障消失時(shí)在電壓互感器一次繞組回路中產(chǎn)生的低頻飽和電流。非線性電阻10mA的電阻值R與電壓互感器額定勵(lì)磁電抗Xm之比大于0.06，即R≥0.06Xm，即可消除振。由于非線性電阻接入到零序回路，電壓互感器開(kāi)口三角兩端零序電壓會(huì)有所減小，而500kV變電站（換流站）備用電源對(duì)零序電壓的監(jiān)控要求不高，采用這種方案非常合理，安裝電氣示意圖見(jiàn)圖2。

圖2　安裝非線性電阻時(shí)電氣示意圖

3.2適當(dāng)提高電壓互感器一次側(cè)高壓保險(xiǎn)的容量

當(dāng)備用電源系統(tǒng)電壓互感器安裝的非線性電阻，不能限制雷擊時(shí)通過(guò)入口電容的沖擊電流，只能適當(dāng)提高電壓互感器一次側(cè)高壓保險(xiǎn)的容量,0.5A容量提高到1～2A。當(dāng)發(fā)生單相接地時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，故障相高壓保險(xiǎn)流流過(guò)電流為零，而健全相高壓保險(xiǎn)將會(huì)流經(jīng)的激磁電流為穩(wěn)態(tài)電流，小于0.05A，故0.5A與1A的高壓保險(xiǎn)沒(méi)有區(qū)別，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)保護(hù)產(chǎn)生影響。當(dāng)故障發(fā)生在電壓互感器內(nèi)部，時(shí)間會(huì)很短，形成對(duì)高壓保險(xiǎn)造成沖擊的很大暫態(tài)電流，0.5A與1A的高壓保險(xiǎn)都會(huì)熔斷。因此，適當(dāng)提高電壓互感器一次側(cè)高壓保險(xiǎn)的容量，對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)接地保護(hù)和電壓互感器保護(hù)都沒(méi)有影響。

4　500kV變電站（換流站）備用電源綜合治理措施的實(shí)施效果

仙女山變電站的備用電源35kV進(jìn)線，互15PT一次繞組中性點(diǎn)和地之間安裝消諧器LXQIII-35，35kV側(cè)額定電流0.5A的高壓保險(xiǎn)全部更換為額定電流1A的。最近一次系統(tǒng)接地故障為2015年9月10日，35kV長(zhǎng)山線帶#0所用變?yōu)閭溆秒娫?，熱備用狀態(tài)，A相線路接地故障，監(jiān)控上傳#0所用變高壓側(cè)三相電壓情況為A：1.44kV；B：36.384kV；C：34.715kV，15分鐘后#0站用變高壓側(cè)電壓恢復(fù)正常，互15PT無(wú)故障報(bào)警。

5　結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)500kV變電站（換流站）備用電源電壓互感器高壓保險(xiǎn)頻繁發(fā)生異常熔斷現(xiàn)象，本文提出的電壓互感器一次側(cè)安裝非線性電阻和適當(dāng)提高電壓互感器高壓保險(xiǎn)容量相結(jié)合的綜合治理措施，在工程中得到了應(yīng)用，實(shí)際運(yùn)行表明，抑制效果非常有效。

［1］周麗霞，尹忠東.中性點(diǎn)不接電網(wǎng)中鐵磁諧振的分析與抑制研究［J］.四川電力技術(shù)：2005（4）：11-14.

［2］葛棟.配電網(wǎng)電磁式電壓互感器飽和引起的過(guò)電壓及過(guò)電流的計(jì)算分析與抑制措施研究［D］.武漢：武漢大學(xué)，2004．

［3］鄭鵬鴟.配電網(wǎng)綜合消諧措施的探討［J］.電力設(shè)備：2005（5）：12-13.

劉曉芳（1974-），女，高級(jí)工程師，本科，從事變電運(yùn)維工作；黃錚（1983-），男，工程師，本科，從事變電運(yùn)維工作。