兩起消弧線圈系統故障案例分析

徐青龍，吳 煒

(常熟市供電公司，江蘇常熟215500)

目前，我國6～35 kV的電網大多采用中性點不接地方式運行，該接地方式在電網發(fā)生單相接地故障時，由于電源三角形未遭到破壞，相關規(guī)程規(guī)定該類電網在發(fā)生該類故障后可繼續(xù)運行2 h，大大提高了電網供電可靠性[1]。隨著城市配電網的快速發(fā)展，出線中的電纜所占比例越來越高，電網的電容電流越來越大，在發(fā)生單相接地時，極易發(fā)生弧光接地過電壓，產生高達3.5倍相電壓的過電壓，可能導致非故障相設備絕緣薄弱點發(fā)生擊穿[2]。為了補償電網單相接地時過大的電容電流，中性點不接地系統都安裝了消弧線圈，通過消弧線圈產生的電感電流來補償單相接地時的電容電流，降低了接地殘流，減小了故障相恢復電壓速度。降低了諧振過電壓發(fā)生的概率，進一步提高了電網的供電可靠性[3]。

消弧線圈自動跟蹤補償裝置根據電感量的調整方式分為調匝式、高短路阻抗變壓器式、調容式、直流偏磁式、調隙式等；根據運行方式又分為預調式和隨調式?，F場應用較多的是以思源公司為代表的預調式調匝式消弧線圈和以智光公司為代表的隨調式高短路阻抗變壓器型消弧線圈[4]。

1濾波異常故障案例

110 kV蘆蕩變10 kV消弧線圈采用的是隨調式高短路阻抗型，其控制裝置從2012年2季度開始經常報“濾波異?！惫收?。廠家說明書中指出“濾波異?！钡暮x是消弧裝置檢測到消弧線圈一次阻抗（接地變壓器中性點一次電壓除以消弧線圈一次側電流）超出消弧阻抗的范圍，用于檢查濾波回路及電壓互感器、電流互感器回路是否正常。適時進行了停電現場處理，用繼電保護測試儀對電壓互感器、電流互感器進行了檢查，測量回路正常。就地控制柜封板拆除，對所有一次設備外觀進行檢查，無異常。后在接地變壓器中性點加30 V模擬電壓，控制裝置馬上報“濾波異?！?，此時中點電流為117.7 mA。

消弧線圈基本情況：型號KD-XH01-300/10.5，編號 090480304，容量 300 kV·A，電壓 6 062 V，電流 49.5 A，出廠日期2009年4月，本消弧線圈的中點阻抗為950±250 Ω。其消弧線圈的電氣簡圖如圖1所示。

圖1消弧線圈電氣簡圖

拆除消弧線圈2個二次線圈端子a1x1和a2x2與外圍電路包括晶閘管和LC濾波回路的所有連接，在消弧線圈一次側AX加壓30 V，裝置仍報“濾波異常”，中點電流117 mA，計算得到此時消弧線圈一次阻抗為=256 Ω，而其正?？蛰d阻抗為=7 513 Ω。其中1.63%為其空載電流百分數。對消弧線圈進行相關試驗，直流電阻試驗數據如表1所示。

表1直流電阻試驗數據表

由于消弧線圈3個繞組均為銅導線，3個繞組的溫度應該基本一致。那么直流電阻僅隨環(huán)境溫度而變化，且3個數據的增量應該基本一致。從2012年2月的試驗數據看出3個繞組的增量都在-3%左右，判斷為正常。而2012年8月的數據看出，低壓2個繞組的增量均為+6%左右，而高壓繞組增量僅為不到2%，根據銅導線直流電阻溫度換算公式：

式（1）中：235為換算系數；R1為t1溫度時的直流電阻；R2為t2溫度時的直流電阻。

將 t1=23 ℃，R1=0.003 419 Ω，R2=0.003 639 Ω 代入式（1）計算得 t2=39.6℃；將 t1=23℃，R1=0.028 38 Ω，R2=0.029 88 Ω 代入式（1）計算得 t2=36.6 ℃；將 t1=23 ℃，R1=1.335 Ω，R2=1.36 Ω 代入式（1）計算得 t2=27.8℃；當時環(huán)境溫度為34℃，而且接地變壓器剛停運不久，消弧線圈高壓繞組溫度不可能低于36℃，因此可初步判定消弧線圈高壓繞組直流電阻有偏小的缺陷。進一步進行了變比試驗，其額定變比為12.12，試驗數據如表2所示。

表2變比試驗數據

2個變比試驗數據都變小5%左右，說明要么2個二次繞組匝數都增加，要么一次繞組匝數減少，結合直流電阻數據，可以初步判定一次繞組出了現匝間短路故障。

用空載試驗項目進行驗證，加壓側為二次a2x2繞組，出廠時二次繞組試驗電壓加到500 V，空載電流為9.751 A。而現場試驗時，a2x2繞組上的電壓加到10 V時，空載電流為5.13 A，電壓加到20 V時，空載電流為10.352 A，電壓加到28.29 V時，空載電流已達14 A，在這么低的勵磁電壓下，空載電流異常增大，證明了繞組中出現了短路匝，亦即驗證了匝間短路故障的性質。至此故障原因查明，系因為消弧線圈一次繞組出現匝間短路而導致一次交流阻抗降低，控制裝置根據采集到的電壓、電流值計算得到一次阻抗超出950±250 Ω范圍（現已變?yōu)?50 Ω），于是給出“濾波異?！备婢?。

2接地變過流保護動作跳閘案例

由于受到臺風"?？?的影響，常熟地區(qū)于2012年8月8日開始普降暴雨伴10級大風，110 kV龍江變1X1站用變壓器10 kV側開關因故跳閘。作為該變電站的主要站用電源，其工作可靠性至關重要。倘若另一站用變進線電源也因臺風出現異常，將導致全站失去交流電源的重大缺陷。該消弧線圈仍是高短路阻抗型，電氣試驗人員對站用變壓器和消弧線圈進行了相關試驗和仔細檢查，未發(fā)現一次設備有任何異常。繼電保護人員檢查保護動作情況，為B相電流Ⅱ段動作，定值為1.5 A，實際動作值為1.7 A。對保護定值進行檢查和相關傳動試驗均正常。

該接地變壓器開關柜中的電流互感器為不完全星形接線方式，即和普通出線柜一樣，僅A相、C相分別裝有2只電流互感器，二次上是將a相、c相電流矢量和接入b相[5]。檢查到消弧線圈控制裝置時，發(fā)現最近一次接地補償電流是148 A，而該電流是從中性點電流互感器測量到的，是從消弧線圈一次繞組中通過的零序電流，開關柜中電流互感器變比為300∶5，每相啟動值1.5×

=90 A。 從保護接線知 Ib=-（Ia+Ic）148≈1.7×60＞90 A與保護測量值相符。因A相、C相均未能夠達到動作定值，所以最終由B相正確動作。

保護的動作沒有問題，那如此大的補償電流是怎么來的？在線路發(fā)生單相接地時，控制裝置應根據電容電流投入相應電感電流進行補償，而此次控制裝置卻直接投入了最大補償電感電流，有失控的嫌疑，經檢查發(fā)現消弧裝置控制器脈沖板上R3電阻燒壞，導致可控硅基本全開，更換一只新控制板后，消弧線圈投運至今均正常運行。對該問題的解決措施是考慮保護配置方面的優(yōu)化，采用全星形三電流互感器方式比較合適。

3結束語

系統中消弧系統的運用大大降低了弧光接地過電壓發(fā)生的概率。對電力系統中發(fā)生的消弧系統故障進行歸納整理，有利于提高解決類似故障效率。在一次設備方面應加強產品質量，特別是澆注的干式消弧線圈的首端絕緣部分應加強。保護配置方面，主接線部分應采用三電流互感器方式，以利于故障查找和原因分析。

[1]沈 毅，王大淼，吳珂鳴.配電網接地方式評述[J].東北電力技術，2011（8），25-29.

[2]張向紅.經消弧線圈接地系統過電壓簡述[J].黑龍江電力，2009，29（1）：79-80.

[3]汪 偉，汲勝昌，李彥明，等.電壓互感器飽和引起鐵磁諧振過電壓的定性分析與仿真驗證[J].變壓器，2009，46（2）：30-33.

[4]趙小麗，韓艾強，王 峰，等.對消弧線圈若干問題的探討[J].電力學報，2007，22（1）：75-78.

[5]李小軍，師 旭，李繼紅，等.一起站用變零序過電流保護誤動原因分析與改進方案[J].變壓器，2012，49（4）：70-72.