某500kV變電站35kV母線壓變基頻諧振故障分析

李　智， 李　炎， 徐　強(qiáng)

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修公司， 安徽　蕪湖　241000)

1　引言

2017年3月31日，某500kV變電站在主變送電操作時(shí)35kV系統(tǒng)發(fā)生電壓異常，隨后又發(fā)生35kV壓變C相金屬膨脹器頂起，主變停運(yùn)。調(diào)取錄波器波形后發(fā)現(xiàn)電壓波形中B相電壓含有2～10次諧波分量，A、C相電壓較高(如圖1所示)。通過對(duì)三相電壓的分析可知：兩相電壓高、一相電壓低而線電壓正常，初步判斷為基頻諧振[1]。本文結(jié)合基頻諧振的原理及激發(fā)條件，通過與#2主變進(jìn)行對(duì)比分析基頻諧振的原因，并對(duì)存在的問題提出相應(yīng)的解決方案。

圖1　故障時(shí)35kV錄波電壓波形圖

2　故障過程

2017年3月31日03：29，進(jìn)行500kV某變電站#2主變復(fù)役操作，2號(hào)主變送電系統(tǒng)接線圖如圖2所示。操作人員合上2號(hào)主變高壓側(cè)5021開關(guān)對(duì)2號(hào)主變進(jìn)行充電時(shí)2#主變35kV系統(tǒng)電壓顯示不正常，B相偏低，A、C相偏高，主變兩套保護(hù)裝置告警，發(fā)低壓側(cè)零序過壓報(bào)警信號(hào)(中性點(diǎn)偏移)。根據(jù)電壓數(shù)據(jù)表現(xiàn)，疑似存在絕緣降低的高阻接地現(xiàn)象。隨后操作人員做好安全防護(hù)措施(穿絕緣靴，使用絕緣工具)對(duì)一次設(shè)備、端子箱內(nèi)接線、保護(hù)裝置、35kV II母線間隔，故障錄波等設(shè)備進(jìn)行了周密的檢查，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控后臺(tái)、保護(hù)裝置電壓測(cè)量、檢查2號(hào)主變故障錄波器錄波文件、故障錄波均表示35kV相電壓異常、線電壓正常(幅值正常，夾角異常)，無擺動(dòng)現(xiàn)象；35kV II母線電壓波形畸變嚴(yán)重，且波形顯示與監(jiān)控后臺(tái)觀察數(shù)據(jù)一致?，F(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備無異常聲響和異味、無滲漏油；端子箱接線、保護(hù)屏后接線無異常。

55分鐘后，2017年3月31日04∶25，發(fā)生一聲異響，35kV II母線電壓互感器A相膨脹器頂起，頂蓋掉落在附近地面上。現(xiàn)場(chǎng)人員匯報(bào)網(wǎng)調(diào)；拉開2#主變5021開關(guān)，將500kV 2#主變停電。隨后將35kV II母線電壓互感器轉(zhuǎn)檢修。

測(cè)控顯示：

35kV A相電壓幅值139.5V；

35kV B相電壓幅值47.347V；

35kV C相電壓幅值138.847V；

35kV 側(cè)自產(chǎn)零序電壓幅值307.92V；

35kV側(cè)負(fù)序電壓幅值3.045V；

35kV側(cè)AB相電壓夾角352度；

35kV側(cè)BC相電壓夾角327度；

35kV側(cè)CA相電壓夾角41度。

3　故障后檢查情況

(1)故障后對(duì)一次設(shè)備再次進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變低壓側(cè)帶電區(qū)設(shè)備上有異物，無任何放電痕跡；

(2)現(xiàn)場(chǎng)檢查2號(hào)主變500kV側(cè)設(shè)備、220kV側(cè)設(shè)備運(yùn)行正常；

(3)對(duì)35kV I母線避雷器、35kV I母線出線設(shè)備、1號(hào)主變低壓側(cè)套管及末屏、35kV I母線電壓互感器熔斷器進(jìn)行了紅外測(cè)溫，A相熔絲溫度略高，8.7℃；其它5℃左右，溫度正常；

(4)對(duì)35kV I母線電壓互感器高壓熔絲(型號(hào)為：RXWO-35W/0.5)進(jìn)行檢查，用萬用表測(cè)量?jī)啥穗娮瑁嗑鶠?45Ω，與交接試驗(yàn)報(bào)告對(duì)比，在合格范圍內(nèi)；

(5)測(cè)量35kV II母線電壓互感器電壓一次接地正常、二次接地正常；

(6)檢修人員對(duì)35kV I母線電壓互感器三相分別進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示：

A相一次對(duì)二次及地絕緣電阻不合格；

A相正接法測(cè)試結(jié)果介損值不合格；

A相直阻較B、C相偏大；

氣相色譜分析表明A相乙炔、氫氣和總烴均嚴(yán)重超標(biāo)。

檢修試驗(yàn)人員對(duì)35kV I母線避雷器，以及電壓互感器故障時(shí)35kV I母線上帶電設(shè)備進(jìn)行了絕緣測(cè)量，母線側(cè)閘刀連同母線、主變低壓側(cè)一起搖絕緣值為22GΩ，開關(guān)側(cè)連帶開關(guān)絕緣測(cè)量值20.5GΩ，絕緣正常，滿足要求。二次班對(duì)35kV I母線電壓互感器二次側(cè)至保護(hù)裝置接線進(jìn)行了檢查、試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)有異?，F(xiàn)象。

2017年4月5日，公司組織檢修試驗(yàn)人員對(duì)故障35kV I母線電壓互感器三相進(jìn)行解體，結(jié)果如下：

35kV II母線電壓互感器A相因過熱一次線圈已有明顯放電痕跡，絕緣受損；受損部位在中柱兩端結(jié)合部，即高壓線圈尾部。

35kV II母線電壓互感器C相膨脹器雖未膨脹，但有油跡，推測(cè)應(yīng)為C相承受過電壓時(shí)，過熱產(chǎn)生大量油氣，并由氣塞處噴出后凝結(jié)導(dǎo)致。

35kV II母線電壓互感器A、C相油跡相似，膨脹器均有高壓滋油現(xiàn)象，除膨脹器外頂部沒有油跡，B相無油跡，有灰塵。

4　故障原因分析及判斷

(1)現(xiàn)場(chǎng)人員合上1號(hào)主變5021開關(guān)充電2號(hào)主變后，監(jiān)控后臺(tái)顯示35kV II母線電壓異常，A、C相有一定程度的過電壓，B相電壓降低，特征與單相接地相似。因此現(xiàn)場(chǎng)人員按單相接地查找故障但未找到故障點(diǎn)。停電后也全面檢查，無放電痕跡，避雷器外觀及紅外檢查正常，基本排除系統(tǒng)接地可能。

(2)電壓互感器故障原因也可能是二次回路故障；二次接線短路、接地等也可能造成A、C相電壓互感器過載，且故障波形有畸變，紅外測(cè)溫表明A、C相電壓互感器接線盒溫度在12℃左右，B相溫度在6℃左右，與二次接線回路短路現(xiàn)象類似。但檢修試驗(yàn)人員檢查二次系統(tǒng)正常，排除了二次系統(tǒng)原因。絕緣試驗(yàn)未找到接地設(shè)備及接地點(diǎn)。

(3)現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)一次、二次設(shè)備再次進(jìn)行詳細(xì)的檢查，重要信息如下：

故障時(shí)相電壓嚴(yán)重偏高，A、C相電壓升高(48kV)，B相電壓降低(16kV)，線電壓在正常范圍(35kV左右)；

故障波形中存在畸變，有很高零序電壓。

(4)原因初步推論：2號(hào)主變充電后，35kV II母線對(duì)地電容與35kV II母線電壓互感器內(nèi)部電抗構(gòu)成鐵磁諧振的條件，激發(fā)了諧振。35kV II母線電壓互感器A、C相承受48kV過電壓，并且諧波含量豐富及幅值大，鐵芯飽和情況下發(fā)熱，致使設(shè)備內(nèi)線圈及絕緣油迅速發(fā)熱，由于A相絕緣薄弱，A相壓變絕緣損壞，內(nèi)部發(fā)生放電，溫度升高，產(chǎn)生大量氣體，膨脹器發(fā)生劇烈膨脹，最終致使膨脹器頂起。由于系統(tǒng)諧振點(diǎn)發(fā)生變化，膨脹器頂起前電壓曾恢復(fù)正常。因此發(fā)生基波諧波是本次事件的主要原因。

5　防范措施

為了讓基頻諧振不再威脅電網(wǎng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)一次消諧和二次消諧存在電阻相互配合的問題，給消諧帶來許多的不確定，應(yīng)采取有效措施防止和消除諧波。主要措施如下：

(1)控制XCo/XL的比值，盡量躲開諧振區(qū)：

當(dāng)XCo/XL≤0.01或XCo/XL≥3時(shí)不產(chǎn)生鐵磁諧振；

當(dāng)運(yùn)行相電壓Up除以額定電壓Un等于0.58時(shí)極易發(fā)生分頻或基波鐵磁諧振；

改變運(yùn)行方式，以改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，消除諧振。

(2)控制電源電壓、降低鐵磁諧振的工作點(diǎn)，使Up/Ue≠0.58；

(3)注意倒閘操作中的操作步驟：

運(yùn)行中注意監(jiān)視備用母線的情況，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)進(jìn)行處理。熱備用母線，如發(fā)現(xiàn)母線電壓又指示時(shí)，應(yīng)首先考慮是否發(fā)生了串聯(lián)鐵磁諧振，此時(shí)應(yīng)盡快合上一組低抗。由于諧振時(shí)電壓互感器一次繞組電流很大，應(yīng)禁止用電壓互感器或直接取下一次側(cè)熔斷器的方法來消除諧振。 系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振時(shí)，應(yīng)瞬間短接TV開口三角形繞組，有時(shí)也可以消除諧振，尤其是分頻諧振特別有效[2]。

某500kV變電站35kV母線電壓互感器可將原電磁式更換為電容式電壓互感器。這樣可以避免諧振的發(fā)生。因?yàn)殡娙菔诫妷夯ジ衅髯枘嵫b置跨接在二次繞組上，正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗；當(dāng)鐵磁諧振引起過電壓，在中壓變壓器受到影響前，電抗器已經(jīng)飽和了只剩電阻負(fù)載，電阻負(fù)載使振蕩能量很快被降低從而抑制諧振[3]?？紤]到35kV II母電壓互感器為電磁式(型號(hào)：JDX6-35W3)C相已損壞且運(yùn)行時(shí)間已達(dá)14年。為避免再次發(fā)生此類故障，我們將某500kV變電站35kV母線電壓互感器更換成電容式電壓互感器(型號(hào)：WVB235-20HF)，2017年4月1日01∶48，網(wǎng)調(diào)許可∶2號(hào)主變轉(zhuǎn)運(yùn)行，04 ∶03，操作完成，1號(hào)主變、35kV II母線電壓運(yùn)行正常。

6　結(jié)語

此次故障、暴露出我們運(yùn)行維護(hù)的不足之處：設(shè)備選型不符國(guó)網(wǎng)反措要求、應(yīng)選電容式電壓互感器?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、檢修人員對(duì)基頻諧振現(xiàn)象不熟悉，故障處理時(shí)沒有方向感，始終在35kV系統(tǒng)接地上轉(zhuǎn)圈子、不能及時(shí)準(zhǔn)確地判斷出故障的性質(zhì)，表現(xiàn)出業(yè)務(wù)水平不高、處理措施不得力。因此要加強(qiáng)業(yè)務(wù)理論學(xué)習(xí)、提高運(yùn)行管理水平，對(duì)發(fā)生異常的情況要深究。事故和異常處理時(shí)要心中有數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)應(yīng)查出原因后設(shè)備才能投運(yùn)，這樣才能確保電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方瑜.配電網(wǎng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1994.

[2] 趙吉東.配電網(wǎng)幾種消諧措施的對(duì)比[J].西北電力技術(shù)，2004(4):126.

[3] 孫杰,朱福橋.鐵磁諧振分析及其防治[J].電氣時(shí)代，2007(12):74.