兩起消弧線圈系統(tǒng)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(wǎng)大多采用中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行，該接地方式在電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，由于電源三角形未遭到破壞，相關(guān)規(guī)程規(guī)定該類電網(wǎng)在發(fā)生該類故障后可繼續(xù)運(yùn)行2 h，大大提高了電網(wǎng)供電可靠性[1]。隨著城市配電網(wǎng)的快速發(fā)展，出線中的電纜所占比例越來越高，電網(wǎng)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(chǎn)生高達(dá)3.5倍相電壓的過電壓，可能導(dǎo)致非故障相設(shè)備絕緣薄弱點(diǎn)發(fā)生擊穿[2]。為了補(bǔ)償電網(wǎng)單相接地時過大的電容電流，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)都安裝了消弧線圈，通過消弧線圈產(chǎn)生的電感電流來補(bǔ)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(fù)電壓速度。降低了諧振過電壓發(fā)生的概率，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)的供電可靠性[3]。

消弧線圈自動跟蹤補(bǔ)償裝置根據(jù)電感量的調(diào)整方式分為調(diào)匝式、高短路阻抗變壓器式、調(diào)容式、直流偏磁式、調(diào)隙式等；根據(jù)運(yùn)行方式又分為預(yù)調(diào)式和隨調(diào)式。現(xiàn)場應(yīng)用較多的是以思源公司為代表的預(yù)調(diào)式調(diào)匝式消弧線圈和以智光公司為代表的隨調(diào)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(diào)式高短路阻抗型，其控制裝置從2012年2季度開始經(jīng)常報“濾波異常”故障。廠家說明書中指出“濾波異常”的含義是消弧裝置檢測到消弧線圈一次阻抗（接地變壓器中性點(diǎn)一次電壓除以消弧線圈一次側(cè)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(jìn)行了停電現(xiàn)場處理，用繼電保護(hù)測試儀對電壓互感器、電流互感器進(jìn)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(shè)備外觀進(jìn)行檢查，無異常。后在接地變壓器中性點(diǎn)加30 V模擬電壓，控制裝置馬上報“濾波異常”，此時中點(diǎn)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(diǎn)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(cè)AX加壓30 V，裝置仍報“濾波異常”，中點(diǎn)電流117 mA，計算得到此時消弧線圈一次阻抗為=256 Ω，而其正常空載阻抗為=7 513 Ω。其中1.63%為其空載電流百分?jǐn)?shù)。對消弧線圈進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

由于消弧線圈3個繞組均為銅導(dǎo)線，3個繞組的溫度應(yīng)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(shù)據(jù)的增量應(yīng)該基本一致。從2012年2月的試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(jù)銅導(dǎo)線直流電阻溫度換算公式：

式（1）中：235為換算系數(shù)；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(dāng)時環(huán)境溫度為34℃，而且接地變壓器剛停運(yùn)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(jìn)一步進(jìn)行了變比試驗(yàn)，其額定變比為12.12，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2變比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2個變比試驗(yàn)數(shù)據(jù)都變小5%左右，說明要么2個二次繞組匝數(shù)都增加，要么一次繞組匝數(shù)減少，結(jié)合直流電阻數(shù)據(jù)，可以初步判定一次繞組出了現(xiàn)匝間短路故障。

用空載試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證，加壓側(cè)為二次a2x2繞組，出廠時二次繞組試驗(yàn)電壓加到500 V，空載電流為9.751 A。而現(xiàn)場試驗(yàn)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(dá)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(xiàn)了短路匝，亦即驗(yàn)證了匝間短路故障的性質(zhì)。至此故障原因查明，系因?yàn)橄【€圈一次繞組出現(xiàn)匝間短路而導(dǎo)致一次交流阻抗降低，控制裝置根據(jù)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(xiàn)已變?yōu)?50 Ω），于是給出“濾波異常”告警。

2接地變過流保護(hù)動作跳閘案例

由于受到臺風(fēng)"海葵"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(fēng)，110 kV龍江變1X1站用變壓器10 kV側(cè)開關(guān)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(guān)重要。倘若另一站用變進(jìn)線電源也因臺風(fēng)出現(xiàn)異常，將導(dǎo)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(yàn)人員對站用變壓器和消弧線圈進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)和仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備有任何異常。繼電保護(hù)人員檢查保護(hù)動作情況，為B相電流Ⅱ段動作，定值為1.5 A，實(shí)際動作值為1.7 A。對保護(hù)定值進(jìn)行檢查和相關(guān)傳動試驗(yàn)均正常。

該接地變壓器開關(guān)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(xiàn)最近一次接地補(bǔ)償電流是148 A，而該電流是從中性點(diǎn)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(guān)柜中電流互感器變比為300∶5，每相啟動值1.5×

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

保護(hù)的動作沒有問題，那如此大的補(bǔ)償電流是怎么來的？在線路發(fā)生單相接地時，控制裝置應(yīng)根據(jù)電容電流投入相應(yīng)電感電流進(jìn)行補(bǔ)償，而此次控制裝置卻直接投入了最大補(bǔ)償電感電流，有失控的嫌疑，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)消弧裝置控制器脈沖板上R3電阻燒壞，導(dǎo)致可控硅基本全開，更換一只新控制板后，消弧線圈投運(yùn)至今均正常運(yùn)行。對該問題的解決措施是考慮保護(hù)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(jié)束語

系統(tǒng)中消弧系統(tǒng)的運(yùn)用大大降低了弧光接地過電壓發(fā)生的概率。對電力系統(tǒng)中發(fā)生的消弧系統(tǒng)故障進(jìn)行歸納整理，有利于提高解決類似故障效率。在一次設(shè)備方面應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量，特別是澆注的干式消弧線圈的首端絕緣部分應(yīng)加強(qiáng)。保護(hù)配置方面，主接線部分應(yīng)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(wǎng)接地方式評述[J].東北電力技術(shù)，2011（8），25-29.

[2]張向紅.經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)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(yàn)證[J].變壓器，2009，46（2）：30-33.

[4]趙小麗，韓艾強(qiáng)，王 峰，等.對消弧線圈若干問題的探討[J].電力學(xué)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(hù)誤動原因分析與改進(jìn)方案[J].變壓器，2012，49（4）：70-72.