一起串补装置阻尼电阻压力释放故障原因分析及改进建议

0引言

串补技术即采用串联电容补偿装置来补偿线路的电抗,从而提高了输电线路的运行稳定极限和输电能力、提高系统的稳定性,是对传统补偿技术的完善和补充。串联补偿电容器是促进实现电力长距离、大容量、高效率传输的重要装置^[1]。近年来,由输电线路复杂性故障原因造成的串补装置及其附属保护设备异常或故障逐渐增加。故有必要第一时间调阅每次串补保护动作后故障录波文件,深入分析波形变化,这对及时发现设备存在的隐患有极大的作用,并能为采取有效的检修策略提供依据。

1损坏设备概况

2021年12月29日,某公司检修人员登上某500 kv 串补装置平台处理A相串补保护缺陷,发现A相串补装置平台上阻尼回路的1只线性电阻器压力释放, GAP触发箱用避雷器损坏、炸裂及其与脉冲电容器连接线断裂,GAP触发箱3支支柱绝缘子齐根断裂,如图1所示。

1.1 阻尼装置介绍

阻尼装置用于限制GAP触发或旁路开关合闸时引起的电容器组放电电流的幅值和频率,以及提供对电容器组放电振荡足够的阻尼,确保电容器组、火花间隙、旁路断路器的安全运行。阻尼装置由阻尼电 抗器和线性电阻器并联组成。在线性电阻器支路中还串联有一个限压器,只有在强制GAP动作或旁路断路器闭合时,限压器才将线性电阻器接入回路^[2]。

电容器组通过阻尼装置放电后,限压器起阻断作用,使线路故障电流只能流过阻尼电抗器。通过这种方式,阻尼回路的总损耗可以保持在较低水平。

其中线性电阻器由3个并联电阻器元件组成。电阻器元件用无磁不锈钢带制成,用玻璃纤维加固。它们安装在瓷外套筒内部,以垂直位置固定。线性电阻器技术参数如表1所示。

1.2 GAP及其触发箱辅助设备介绍

GAP及其触发箱与串补平台电气原理如图2所示。损坏避雷器为图中圈出的触发箱避雷器。由于触发箱需要与GAP等电位,因此触发箱低压侧与GAP 主间隙低压侧距离很近,而与平台距离较远。触发箱与平台之间的长连线存在一定的电感,当电容器通过GAP放电时,电流频率较高,感抗较大,导致触发箱与串补平台之间会产生幅值很高的暂态过电压,造成触发箱内部击穿放电。因此,需要加装避雷器,限制过电压,防止触发箱元器件故障^[3]。

2原因分析

根据现场设备损坏情况,运检人员又详细查看了串补装置监控报文信息,除“GAP通信中断、发送数据不正常”告警信息外,未发出其他任何异常信息。为查清设备损坏原因,检修人员调阅了最近一次串补装置火花间隙动作情况,即2021年12月8日对应线路间隔发生区内A、B两相短路故障,串补装置 GAP动作,串补装置正常旁路。根据故障录波图,A相与B相GAP电流相比发生了明显的变化,且A相波形异常。因此,初步怀疑线路相间故障造成阻尼装置异常,引起后续连锁反应,导致设备损坏。具体保护动作情况和原因分析如下。

2.1保护动作情况及原因分析

2.1.1保护动作情况

从开关量录波图3中可看出,在线路发生A、B相相间故障后,串补控制保护装置接收到“线路保护联动串补”信号,保护动作后发触发三相间隙和闭合三相旁路断路器的命令。

从模拟量录波图4中可知,线路发生A、B相相间故障后,MOV正确动作,但因MOV电流未达到MOV 过电流保护动作定值,故MOV过电流保护未动作。线路联动串补保护动作后A、B相间隙正常触发,三相旁路开关合闸。

2.1.2保护动作初步分析

1)“线路联跳串补保护动作”分析:该保护动作判据为在串补装置运行时,若线路保护装置发来的联动串补信号有效,则发合旁路开关和触发GAP命令。从上述开关量和模拟量信息分析,在收到线路保护发来的联动串补保护动作后A、B相间隙正常触发,三相旁路开关合闸。保护动作情况与保护动作逻辑相符。

2)“MOV过电流保护动作”分析:该保护动作判据为若任一相MOV总 电流大于定值 (定值为16 000 A),并达到保护延时(时间)则发合旁路开关和触发GAP命令。从MOV暂态电流录波图5可以看出,A、B相线路发生故障后虽然其电流峰值达到16800 A,但约312μS后就下降到15972 A,未达到 MOV过电流保护动作时延,故MOV过电流保护未动作,其行为正确。

3)“平台闪络保护动作”分析:该保护动作判据为若串补平台上设备的绝缘损坏,大于定值(定值为16 000 A),并达到保护延时(时间)则发合旁路开关。从电容器放电暂态过程中平台闪络电流录波图6,可明显看出A、B相平台均有暂态过程,B相平台电流瞬时消失,但A相平台电流放电过程持续约470μS,且放电频率较高(2 500 Hz左右),由于平台闪络保护的动作延时为200 ms远大于470μs,故而平台闪络保护未动作,其行为正确。

从上述保护动作分析,发现A相串补平台出现2500 Hz左右的放电电流,与正常放电600 Hz左右存在明显差异,A相平台暂态过程可能是造成设备损坏的主要原因,故有必要进一步深入分析研判高频放电电流,找出造成设备损坏的直接原因。

2.2 高频放电和设备损坏原因分析及仿真计算

2.2.1高频放电和设备损坏原因分析

正常情况下,串补电容器组均通过阻尼装置放电,其放电频率范围应在585~610 Hz。而A相平台放电频率在2 500 Hz左右'而高频放电波形与电容器组直接放电电流频率相近'判断在本次线路故障联动串补装置后,阻尼装置内部异常,导致电容器组发生直接短路故障,进而致使触发箱避雷器及其支柱绝缘子损坏^[4]。

2.2.2高频放电仿真计算

为了进一步验证阻尼装置内部异常是否会出现上述高频放电现象,通过搭建某线路串补的仿真模型,进行了仿真计算。假设1只阻尼电阻器损坏,压力释放。仿真结果基本再现故障波形及动作情况,间隙电流放电频率在2 500 Hz左右,如图7所示。

2.2.3阻尼电阻器解体情况

将A相阻尼电阻器返厂解体,发现压力释放的阻尼电阻器上端防爆膜密封圈局部烧损,密封圈均正常安装在相应密封槽内,表面未见破损及缺陷,密封槽及密封面未见划伤、锈蚀;氧化锌电阻片无击穿或闪络现象;内部零部件齐全,氧化锌电阻片柱侧面、线性电阻片侧面、绝缘杆、瓷套内壁均有不同程度电弧灼伤痕迹;芯体上部高压电极并联短接片局部烧断,低压电极并联短接片受力变形^[5] ; 自上而下第21号、第22号线性电阻片裂开,第22号线性电阻片上表面铝电极中心有熔融现象。

3 结论

综合上述情况,可以判断阻尼电阻器中线性电阻片可能存在单片缺陷、表面不平整、装配不平整等原因,从而造成线性电阻片因通流不均炸裂,进而发展成内部贯穿放电导致内部元件烧损,造成阻尼电阻器压力释放,线路保护联动串补保护动作,触发 GAP命令,导致电容器组直接短路放电;其次电容器直接短路放电过程中,电流频率很高,造成触发箱与平台间的电压成倍增加,导致避雷器击穿;然后可能是高频大电流放电过程中电动力拉伸致使支柱绝缘子齐根断裂^[6]。

4结束语

本文通过深入分析串补故障波形,推演了一起串补装置阻尼电阻压力释放引起的串补装置其他设备损坏过程,并通过仿真计算再现了故障波形及动作情况,验证了理论分析结果。为避免类似设备故障再次发生,提出以下几点建议:

1)增加线性电阻片表面平整度检查环节,可有效增大线性电阻片之间的接触面积;

2)线性电阻片组装过程中确保每个线性电阻片的良好接触,从而有效提高阻尼电阻器的通流能力;

3)串补新建或改造工程需明确阻尼电阻器的热冗余配置方案;

4)在控保系统中增加阻尼电阻器等设备故障报警功能,对发现设备存在隐患有极大的作用,采取有效的检修策略提供依据;

5)串补运行过程中如发生保护动作,应及时查看串补保护动作情况,深入分析波形是否出现异常,发现问题应及时与厂家沟通。

[参考文献]

[1] 郭剑波,武守远,李国富,等.甘肃成碧220kv可控串补国产化示范工程研究[J].电网技术,2005,29(19):12-17.

[2] 陈葛松,林集明,郭剑波,等.500 kv串补站过电压保护研究[J].电网技术,2001,25(2):21-24.

[3]张孝波.串联补偿装置过电压与绝缘配合研究[D].武汉:华中科技大学,2013.

[4]桑建平.氧化锌压敏电阻片冲击大电流残压特性的研究[J].电瓷避雷器,2005(3):32-35.

[5]王俊平,王雅楠.伊冯串补装置典型故障原因分析及处理措施[J].电力电容器与无功补偿,2016,37(4):31-36.

[6]夏毅,姚文军,赵淑珍,等.一起串联补偿电容器复杂故障的分析[J].电力系统自动化,2011,35(7):91-96.

2024年第12期第18篇