芻議電壓互感器在電廠中的技術(shù)改造

范榮春

（迪慶州發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 迪慶 674400）

芻議電壓互感器在電廠中的技術(shù)改造

范榮春

（迪慶州發(fā)電有限責(zé)任公司，云南 迪慶 674400）

做好配電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作將有效的提高設(shè)備健康水平，是保證配網(wǎng)安全可靠的重要環(huán)節(jié)。配電運(yùn)行人員要熟悉各種設(shè)備，鉆研業(yè)務(wù)知識，不斷總結(jié)提高，全面的掌握各種配電設(shè)備運(yùn)行維護(hù)要點(diǎn)，將設(shè)備隱患降低到最低限度，不斷提高供電可靠性，為供電優(yōu)質(zhì)服務(wù)打下堅實的基礎(chǔ)。

電廠技術(shù)改造故障

前言

隨著社會的不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電網(wǎng)系統(tǒng)也得到了飛速的發(fā)展，同時對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性和供電的可靠性提出了更高的要求。

1 事件發(fā)生前的運(yùn)行方式

某電廠裝有2臺12.5MW輪發(fā)電機(jī)組，采用發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線，其中l(wèi)號主變?yōu)槿ψ儯袎簜?cè)接有一條35kV線路。110kV出線側(cè)為內(nèi)橋帶外跨條的接線方式，另兩線路側(cè)各裝設(shè)1臺電磁式電壓互感器(具體接線詳見圖1)。

圖1 電廠主接線示意

因電網(wǎng)原因110kV線路退出運(yùn)行，在出線處將導(dǎo)線解開。線路斷開后，地調(diào)下令110kV系統(tǒng)運(yùn)行方式改為外跨條運(yùn)行、內(nèi)橋備用，即110kV內(nèi)橋140開關(guān)熱備用，外跨條1403和1404刀閘合閘，線路141開關(guān)及線路、線路142開關(guān)運(yùn)行，2條線路開關(guān)重合閘方式均投“檢同期”。

2 事件經(jīng)過

電廠1，2號機(jī)組正常運(yùn)行，1，2號廠變正常運(yùn)行，1，2號主變正常運(yùn)行(1號主變中性點(diǎn)接地，2號主變中性點(diǎn)不接地)，35kV線路301開關(guān)正常運(yùn)行，110kV系統(tǒng)以外跨條運(yùn)行內(nèi)橋備用方式正常運(yùn)行。

1， 2號 機(jī)組及l(fā)，2號主變受到重大沖擊，l10kV線路141開關(guān)跳閘，l，2號機(jī)負(fù)荷甩至0；110kV線路“距離II段”保護(hù)動作，故障距離l7.1km，故障相別C相，l41開關(guān)重合閘無動作。l號機(jī)組因141開關(guān)跳閘后帶小網(wǎng)運(yùn)行不穩(wěn)定，值長下令停1號機(jī)組，斷開線路30l開關(guān)、1號主變低壓側(cè)605開關(guān)、1號廠變高壓側(cè)603開關(guān)。此時電廠運(yùn)行方式為：2號機(jī)組、2號主變(中性點(diǎn)不接地)、142開關(guān)、110kV外跨條以及110kV線路運(yùn)行，同時因線路對側(cè)開關(guān)跳閘后未重合閘，形成孤立小電網(wǎng)。

2號 機(jī)組及2號主變再次受到?jīng)_擊，線路142開關(guān)跳閘。l10kV線路“零序過流II段保護(hù)動作，故障距離0.1km，故障相別B相，142開關(guān)重合閘無動作。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，線路B，C相PT及線路B相PT的金屬膨脹器向上不同程度頂開；2號主變中性點(diǎn)保護(hù)間隙有明顯的放電痕跡；線路B，C相避雷器各動作1次，線路A，B相避雷器各動作1次，2號主變中性點(diǎn)避雷器動作1次，2號主變高壓側(cè)避雷器B，C相各動作1次，而其A相動作達(dá)l1次。

3 事件原因分析

3.1 第1次沖擊分析

根據(jù)當(dāng)時的天氣狀況、線路兩側(cè)的保護(hù)動作情況和故障錄波判斷，l10kV線路C相遭受雷擊，線路對側(cè)線路保護(hù)的零序、距離I段保護(hù)動作，開關(guān)跳閘，且由于裝置故障未重合；線路保護(hù)距離II段動作，延時500ms出口跳141開關(guān)，故障相C相電流6.64A，故障零序電流9.29A。因141開關(guān)重合方式投“檢同期”，開關(guān)未重合。

從線路保護(hù)裝置的動作記錄看，在線路遭雷擊時，該線路保護(hù)裝置有長期啟動記錄，但因故障電流未達(dá)到整定值而未出口跳閘。這是由于2臺并列運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)接地方式不同，導(dǎo)致系統(tǒng)序網(wǎng)中零序電流不同，從而造成雷擊故障時外跨條運(yùn)行方式的142開關(guān)線路保護(hù)無法及時切除故障。

3.2 第2次沖擊分析

線路141開關(guān)跳閘后，系統(tǒng)運(yùn)行方式變?yōu)椋?號機(jī)組通過2號主變、142開關(guān)、110kV外跨條、110kV線路空載運(yùn)行。由于2號主變中性點(diǎn)不接地，110kV系統(tǒng)變成中性點(diǎn)不接地運(yùn)行系統(tǒng)，其示意圖見圖2。

圖2 141開關(guān)跳閘后的系統(tǒng)運(yùn)行方式示意

圖2所示為典型的具備構(gòu)成鐵磁諧振條件的運(yùn)行方式，即單臺發(fā)電機(jī)帶變壓器(中性點(diǎn)不接地)、電磁式電壓互感器和空載線路的運(yùn)行方式。根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)分析，PT二次電壓變化情況如下：A相電壓在48.54V～88.09V范圍內(nèi)波動，B相電壓在52.94V～107.9V范圍內(nèi)波動，C相電壓在61.59V～87.36V范圍內(nèi)波動；電壓波形為基波與1／2次諧波的合成波形，有明顯低頻率(約為20Hz)的諧振現(xiàn)象，諧振過電壓時問長達(dá)16min55s。此時B相一次電壓最高，因此造成B相絕緣首先擊穿，并通過變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙放電。現(xiàn)場檢查也表明2號主變中性點(diǎn)保護(hù)間隙有明顯的放電痕跡。從線路l42開關(guān)動作波形圖可知：故障相B相零序電流為3.98A，達(dá)到零序過流II段保護(hù)的動作條件，線路零序過流II段保護(hù)延時1000ms出口跳142開關(guān)。

因此，造成第2次沖擊的原因是：線路141開關(guān)跳閘后，由于線路容抗和110kV側(cè)電磁式電壓互感器對地勵磁電抗?jié)M足分次諧波諧振條件，引起PT電流增大，從而造成PT過熱損壞?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，線路141線路B，C相PT及適南線142線路B相PT的金屬膨脹器向上不同程度頂開。最終，由于線路B相PT絕緣擊穿，與放電的2號主變中性點(diǎn)保護(hù)間隙構(gòu)成零序故障電流回路，由線路零序過流II段保護(hù)動作切除故障。

4 暴露問題

4.1 地調(diào)下達(dá)的命令不合理

線路斷開后，電廠110kV系統(tǒng)應(yīng)改為內(nèi)橋方式運(yùn)行，即合上內(nèi)橋140開關(guān)及兩側(cè)刀閘，2號機(jī)組負(fù)荷通過140開關(guān)和l41開關(guān)線路送出。此時，繼電保護(hù)仍按原設(shè)計的內(nèi)橋方式運(yùn)行，不需要變動。若改為外跨條運(yùn)行方式，在單線路接線的情況下，線路保護(hù)仍按原設(shè)計的線路141開關(guān)和線路142開關(guān)保護(hù)運(yùn)行，則當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，由于相互助增電流的影響，141及142開關(guān)感受到的短路阻抗不再是線路的短路阻抗，結(jié)果將引起保護(hù)拒動。因此，線路斷開后，不宜采用外跨條運(yùn)行方式。

4.2 運(yùn)行方式改變后電廠未對保護(hù)方式進(jìn)行調(diào)整

110k V系統(tǒng)改為外跨條方式運(yùn)行后，電廠分析認(rèn)為存在線路短路時保護(hù)可能拒動的隱患，電廠也未對保護(hù)方式進(jìn)行調(diào)整。實際上，電廠應(yīng)針對這種運(yùn)行方式，將用于線路保護(hù)的電流改取線路141開關(guān)CT和線路142開關(guān)CT的和電流，保證在線路保護(hù)動作時同時作用l41，142開關(guān)跳閘。

圖3 優(yōu)化后的110KV系統(tǒng)主接線示意

4.3 電廠運(yùn)行人員事故處理不當(dāng)

在第1次141開關(guān)跳閘至第2次142開關(guān)跳閘的17min內(nèi)，電廠運(yùn)行人員未能及時根據(jù)事故后運(yùn)行方式的變化，合上2號主變中性點(diǎn)接地刀閘，以保持l10kV系統(tǒng)按大電流接地方式運(yùn)行；或者在判斷遭雷擊故障、對側(cè)未重合成功時，應(yīng)手動斷開線路142開關(guān)。如果運(yùn)行人員采取以上措施之一，就可避免此次PT損壞事件。

4.4 電廠應(yīng)急管理不到位

電廠雖然分析到線路斷開、110kV系統(tǒng)外跨條運(yùn)行后存在線路短路時保護(hù)可能拒動的隱患，但是沒有制訂相應(yīng)的應(yīng)急處置措施，也未對運(yùn)行人員進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，造成運(yùn)行人員在事件發(fā)生時采取的處置措施不當(dāng)。

5 防范措施

5.1 保證任何情況下繼電保護(hù)的配置與一次系統(tǒng)運(yùn)行方式匹配

線路斷開后，電廠110kV系統(tǒng)可以選擇內(nèi)橋或外跨條運(yùn)行方式。若采用內(nèi)橋運(yùn)行方式，繼電保護(hù)設(shè)置可不做改動，但運(yùn)行方式不夠靈活。在1號主變故障時，保護(hù)將動作141和l40開關(guān)同時跳閘，造成全廠無法發(fā)電。若采用外跨條運(yùn)行方式，線路保護(hù)的電流應(yīng)改取線路l41開關(guān)CT和線路142開關(guān)CT的和電流，并在線路保護(hù)動作時同時作用141、142開關(guān)跳閘。因此，在繼電保護(hù)的配置未作變更的情況下，可選擇內(nèi)橋運(yùn)行作為臨時運(yùn)行方式，以保證保護(hù)正確動作。

5.2 優(yōu)化110kV系統(tǒng)電氣主接線

線路斷開后，l10kV系統(tǒng)送出線路只有單回路，因此可以對原110kV系統(tǒng)電氣主接線進(jìn)行簡化，以提高運(yùn)行可靠性，同時減少設(shè)備維護(hù)工作量。簡化方案可采用相當(dāng)于110kV單母線運(yùn)行的接線方式，即取消外跨條1403、1404刀閘，將原線路141回路和線路142回路的出線直接連接；取消內(nèi)橋140開關(guān)及兩側(cè)刀閘；取消2臺主變高壓側(cè)刀閘；取消原線路PT。優(yōu)化后的主接線如圖3所示。繼電保護(hù)方面，同時停用內(nèi)橋l40回路保護(hù)和線路保護(hù)，線路保護(hù)的電流取l41開關(guān)CT和142開關(guān)CT的和電流，并在線路保護(hù)動作時同時作用141、142開關(guān)跳閘。

5.3 更換電磁式電壓互感器

電容式電壓互感器能可靠地阻尼鐵磁諧振，且具備優(yōu)良的瞬變響應(yīng)特性。因此，為了防止鐵磁諧振過電壓產(chǎn)生，應(yīng)將110kV系統(tǒng)內(nèi)的電磁式電壓互感器更換為電容式電壓互感器。

5.4 加強(qiáng)運(yùn)行人員的業(yè)務(wù)培訓(xùn)

應(yīng)加強(qiáng)對運(yùn)行人員的培訓(xùn)，要求他們掌握全廠繼電保護(hù)基本原理及動作過程，能根據(jù)事故現(xiàn)象準(zhǔn)確判斷故障性質(zhì)，并掌握各種事故的正確處理方法。同時，加強(qiáng)應(yīng)急管理，完善應(yīng)急預(yù)案并加強(qiáng)演練，提高運(yùn)行人員的應(yīng)急處置能力。

[1]肖耀榮.電壓互感器的空載漏磁和空載誤差.變壓器，2002-08-08

[2]吳茂林，崔翔.電壓互感器寬頻特性的建模(英文).中國電機(jī)工程學(xué)報，2003-10-30.

[3]黃文韜.一例電磁式電壓互感器“虛幻接地”現(xiàn)象的原因分析.繼電器，2004-12-15.

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