某330 kV變電站SVG故障跳閘分析及處理

劉育青,樊海璞，趙文強(qiáng)

(青海電研科技有限責(zé)任公司，青海 西寧 810016；國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院，青海 西寧 810008)

0 引言

風(fēng)力、光伏發(fā)電等分布式新能源發(fā)電站的大規(guī)模建設(shè)，對電網(wǎng)帶來新的挑戰(zhàn)，亟需大量動態(tài)無功儲備支撐、穩(wěn)定電壓〔1〕。SVG(靜止同步補(bǔ)償器)作為減小風(fēng)電、光伏等新能源并網(wǎng)期間對電網(wǎng)造成波動干擾的有效手段，能夠快速有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功功率，使整個電網(wǎng)負(fù)荷的潮流分配更趨合理〔2，3〕；同時(shí)，可抑制電壓波動和閃變，改善電網(wǎng)電能質(zhì)量，保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行〔4〕。

近年來，隨著我國能源結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整，青海省作為清潔能源示范省份，新能源裝機(jī)容量不斷攀升，大量補(bǔ)償容量較大的無功補(bǔ)償設(shè)備開始配置并啟用〔5〕。然而，部分無功補(bǔ)償設(shè)備在投運(yùn)過程中并不穩(wěn)定，設(shè)備頻繁投入、退出，勢必會對電網(wǎng)造成擾動，引起系統(tǒng)電壓和頻率失穩(wěn)，進(jìn)而嚴(yán)重影響到電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。如何有效的保障無功補(bǔ)償設(shè)備能夠正常投入運(yùn)行就顯得尤為重要，本文針對一起大容量動態(tài)無功補(bǔ)償裝置投運(yùn)時(shí)發(fā)生的故障跳閘事故作原因分析，綜合此類事故共性問題進(jìn)行總結(jié)，并提出預(yù)防措施。

1 故障簡述

青海某330 kV變電站，配置3套型號為QNSVG-60/35-WSVG的戶內(nèi)水冷型35 kV直掛式SVG裝置，補(bǔ)償容量為60 Mvar。1號SVG 裝置安裝于1號主變低壓側(cè)35 kV I段母線下，該套裝置于2019年4月30日首次并網(wǎng)投運(yùn)。大約運(yùn)行7天后，裝置發(fā)生故障引起跳閘，前后共計(jì)發(fā)生故障跳閘4次。其中第一次及第二次故障經(jīng)過基本一致，第三次及第四次故障經(jīng)過基本一致。第一次及第三次故障經(jīng)過如下：

1.1 故障經(jīng)過一

1號SVG于4月30日并網(wǎng)成功并投入運(yùn)行，5月8日20時(shí)25分13秒報(bào)出B10鏈節(jié)閉鎖、B10鏈節(jié)驅(qū)動故障，隨后在25分16秒后該B10鏈節(jié)閉鎖和B10鏈節(jié)驅(qū)動故障信息自動復(fù)位，在25分21秒時(shí)B10又相繼報(bào)出B10鏈節(jié)閉鎖、B10鏈節(jié)驅(qū)動故障、B10鏈節(jié)故障、B10鏈節(jié)直流過壓。從監(jiān)控后臺事件記錄來看，B10模塊復(fù)歸失敗，故障依舊存在。與此同時(shí)，故障錄波觸摸屏發(fā)出直流不平衡的報(bào)文，分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，此時(shí)系統(tǒng)直流不平衡影響非常嚴(yán)重。

直流不平衡持續(xù)了2分30秒左右，SVG裝置閉鎖，發(fā)出跳閘指令，3521斷路器執(zhí)行跳閘指令。圖1為事發(fā)時(shí)故障錄波數(shù)據(jù)，從中可看到，5月8日20時(shí)26分00秒，裝置故障緊急閉鎖后，裝置輸出電流為0。

圖1 5月8日20時(shí)25分SVG閉鎖時(shí)障錄波數(shù)據(jù)

1.2 故障經(jīng)過三

5月21日17時(shí)10分35秒左右設(shè)備投運(yùn)，3521斷路器合閘投運(yùn)成功后，設(shè)備正常帶負(fù)荷運(yùn)行不到5分鐘后報(bào)出了A/B/C某相過流、霍爾、A/B/C某相過流、PLK2.中性點(diǎn)CT、電流采集板B相動作，測量板B故障。查看分相控制器，發(fā)現(xiàn)有B相的電流采集板通信指示燈沒有亮，該采集板和分相控制器通信有異常。

2 故障分析

第一次SVG故障跳閘的直接原因是：B10模塊故障，裝置旁路失敗，進(jìn)而SVG故障跳閘。B10模塊報(bào)出鏈節(jié)直流過壓后，出現(xiàn)短暫直流不平衡，裝置才閉鎖。而在裝置閉鎖后，B11才報(bào)出故障，設(shè)備停運(yùn)后檢查發(fā)現(xiàn)B11的部分故障信息已經(jīng)自復(fù)歸，經(jīng)過檢測，確定B11模塊是屬于臨近模塊聯(lián)動報(bào)出故障。裝置閉鎖后，B10的鏈節(jié)故障沒有復(fù)歸成功，報(bào)出了旁路失敗，裝置發(fā)出SVG跳閘指令，3521斷路器執(zhí)行跳閘。而引起B(yǎng)10模塊故障有多方因素，但經(jīng)過前邊的逐步排查，采用模塊測試儀對模塊進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控板指示燈運(yùn)行異常，找出了B10模塊的故障點(diǎn)，判定監(jiān)控板有故障，進(jìn)而進(jìn)行更換。在此找出了監(jiān)控板故障，而監(jiān)控板和裝置連接通信，當(dāng)監(jiān)控板故障時(shí)，脈沖信號無法正確接收，無法正常復(fù)歸鏈節(jié)故障信息，裝置旁路失敗，SVG裝置發(fā)出跳閘指令。

第三次SVG故障跳閘的直接原因是：B相電流采集板故障，SVG裝置下發(fā)跳閘指令，3521斷路器執(zhí)行跳閘。電流采集盒上的15 V取電，是從模塊上取電，而模塊上的直流電壓，很容易受母線電壓影響，當(dāng)電壓異變時(shí)，造成模塊直流電壓過壓或者欠壓時(shí)，那么該直流輸出電壓15 V往往就會有異動，而電子器件的過電應(yīng)力往往是有一定的范圍的，電壓發(fā)生異變后，瞬時(shí)通過的過電壓或者過電流，很容易對元器件造成損傷〔6〕。經(jīng)由前兩次排查出來所有的故障點(diǎn)，確定5月8日跳閘及后邊兩次投運(yùn)不成功的根本原因是：電流采集盒取電存在不合理，在現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境多變的工況下，電流采集盒從模塊上取電，相互間串?dāng)_，影響板卡正常運(yùn)作。

綜合四次故障經(jīng)過發(fā)現(xiàn)，第一次及第二次故障經(jīng)過基本一致，故障原因?yàn)锽10及B11模塊故障；第三次及第四次故障經(jīng)過基本一致，故障原因?yàn)椴杉骞收稀?/p>

3 共性原因分析

現(xiàn)場檢查SVG裝置發(fā)現(xiàn)，1號SVG裝置四次故障位置及故障原因存在共性，故障位置均為每相靠近SVG功率模塊X10/11位置(B10、B11功率模塊)的模塊或采集板故障(B相采集板或C相采集板)，故障現(xiàn)象為設(shè)備投運(yùn)前所有模塊及采集板二次帶電測試均完全正常，但一次帶電投運(yùn)成功后均無法持續(xù)帶負(fù)荷正常運(yùn)行，故障板件位置如圖2、圖3所示。

功率模塊B10位置與B11位置間為SVG設(shè)備裝置電流的采集及保護(hù)模塊。電路采集板置于電流采集盒內(nèi)，正視圖如圖2所示，采集盒大小與模塊大小類似，后視圖如圖3所示，明顯體積小。

圖2 SVG 功率模塊及采集板布置位置圖示

圖3 SVG B10 功率模塊及 B 相采集板布置后視圖

從圖3可以看到，在第四次設(shè)備投運(yùn)前，采集盒取能有2個來源，一路為通過隔離變供電，一路為功率模塊取電，當(dāng)采集盒內(nèi)電源輸入存在異常時(shí)，會影響功率模塊內(nèi)電源，并可能導(dǎo)致功率模塊或采集盒內(nèi)采集板正常工作。圖4所示為采集盒內(nèi)采集板、供電電源、雙電源輸入冗余處理等布局的實(shí)物圖。

圖4 SVG設(shè)備現(xiàn)場采集盒及其內(nèi)部采集板等布局實(shí)物圖

如果先影響臨近取電功率模塊內(nèi)電源，則功率模塊首先報(bào)出驅(qū)動故障，因驅(qū)動無法正常工作，其直流側(cè)電壓不受控而報(bào)出直流過壓等故障，并影響其臨近模塊正常工作。如果先影響采集盒內(nèi)電源，則采集板首先報(bào)出霍爾及CT過流、測量板故障。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，采集盒輸入側(cè)端子或電源冗余板在設(shè)備進(jìn)入帶電運(yùn)行后出現(xiàn)異常。結(jié)合現(xiàn)場實(shí)物采集盒輸入側(cè)電源端子及板卡圖片，可以看到電源冗余端子上接線搭接在采集盒機(jī)殼，且因采集盒機(jī)殼加工工藝偏差，部分綠色端子離采集盒機(jī)殼距離幾乎緊挨，而且綠色端子存在發(fā)黃類似放電痕跡。

對該采集盒、隔離變、功率模塊等模擬實(shí)際工況進(jìn)行了初步耐壓試驗(yàn)，經(jīng)過模擬整機(jī)一次部分帶電工況，將綠色端子手動調(diào)整與采集盒機(jī)殼間距，當(dāng)臨近功率模塊的試驗(yàn)電位接近正常工況電位時(shí)，采集盒機(jī)殼對綠色端子及電源冗余板有放電現(xiàn)象，此時(shí)采集盒無法正常工作，報(bào)出過流等故障，與現(xiàn)場故障現(xiàn)象極為類似。

4 結(jié)論及建議

通過對1號SVG前后共計(jì)四次故障的綜合分析和模擬復(fù)現(xiàn)，確認(rèn)四次故障經(jīng)過具有共性問題，其根本原因?yàn)镾VG采集盒機(jī)殼與取能的兩路電源輸入側(cè)在SVG帶電情況下存在異常放電(懸浮電位之間)現(xiàn)象，導(dǎo)致功率模塊或采集板無法正常工作，誤發(fā)控保跳閘指令。

為避免此類故障引起SVG跳閘事故的發(fā)生，減少設(shè)備故障跳閘次數(shù)，降低系統(tǒng)內(nèi)SVG設(shè)備故障率，提升電網(wǎng)系統(tǒng)電壓和頻率穩(wěn)定性，建議：

(1)核算SVG采集盒機(jī)殼鈑金件加工工藝偏差導(dǎo)致的絕緣間隙與爬距，對采集盒與懸浮電位部件間電位進(jìn)行固定，增加電氣間隙與爬距，并完成絕緣性能測試。

(2)將SVG采集盒整體遷移至星接SVG中性點(diǎn)處，從而降低絕緣風(fēng)險(xiǎn)。

(3)對站內(nèi)另外兩套同類型設(shè)備整改消缺，排除隱患，提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。

(4)對系統(tǒng)內(nèi)采取相同類型采集盒供電方式的35 kV直掛式SVG設(shè)備，在停電檢修時(shí)對采集盒鈑金件絕緣間隙進(jìn)行核對確認(rèn)，確保具備足夠的絕緣性能。另外，設(shè)備生產(chǎn)廠家在采集盒的取電原理及取電方式上應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提升工藝質(zhì)量并在出廠前進(jìn)行多次測試，以保證后續(xù)供貨設(shè)備避免再次發(fā)生由于上述原因所造成的異常跳閘。