一起變電站故障錄波裝置頻繁啟動分析

陳志明

【摘 要】故障錄波裝置是電力系統中分析事故的重要工具。其對系統中的異常狀態也有一定的監測作用，本文從電壓互感器高壓熔斷器熔斷引起的電壓異常，分析了一起故障錄波器頻繁啟動的原因，并就電壓互感器高壓熔斷器熔斷的原因進行了分析，提出了消除高壓熔斷器熔斷的故障隱患措施。

【關鍵詞】故障錄波；高壓熔斷器；電容器；諧波

0.前言：

故障錄波器在系統發生故障及擾動時，能迅速啟動錄波，采集系統故障電氣量，記錄電網中各種故障及擾動發生的過程，為分析故障和檢測電網運行情況提供依據，在提高電力系統運行水平起到重要的作用；故障錄波器非正常頻繁啟動，會造成報警通道堵塞，影響正常監盤及故障錄波裝置的工作，所以應及時查找故障錄波頻繁啟動的原因，消除故障。

1. 故障錄波頻繁啟動原因分析

2008年3月，我站一次系統中無擾動及故障，#2、#4變壓器故障錄波每隔半小時甚至幾分鐘就啟動一次；#2、#4變壓器故障錄波的頻繁啟動，剛開始時以為是系統擾動所致，后來每隔半小時甚至幾分鐘就啟動一次，引起了我們的注意。

故障錄波的啟動方式應保證在系統發生任何類型故障時，故障錄波器都可靠地啟動。一般包括以下啟動方式：負序電壓 、低電壓、過電流、零序電流、零序電壓、開關量、保護啟動等條件；

我站#2、#4變壓器故障錄波器錄波范圍主要為#2、#4主變的三側開關之間范圍及相應的35kV Ⅱ、Ⅳ母線設備；我們進入#2、#4變壓器故障錄波器查看啟動的原因，發現啟動信息顯示為#2主變變低低電壓啟動，查看低電壓啟動定值為51.9V；其中#2主變變低低電壓為35kV Ⅱ母線PT電壓。

在35kV母線所有電抗器投入的時候，35kV母線電壓會偏低，進而故障錄波可能會因為母線的低電壓啟動錄波，而此時35kV Ⅱ母線所有電抗器都未投入，故障錄波因電壓低而頻繁啟動，我們在監控上面對比了幾條35kV母線的電壓，顯示35kV Ⅱ母線比其他母線電壓有偏低幾千伏（35kVⅠ母線為34.1kV、35kVⅡ母線為31.2kV、35kVⅢ母線為34.2kV），而500kV、220kV側是并列運行的，35kV側都無投入電抗器組，初步判斷是35kV Ⅱ母線電壓存在異常。

為了防止測控裝置故障導致監控電壓顯示異常，我們到場地的端子箱對35kV母線的三相電壓進行了測量，得出三段母線各相二次對地電壓數據如下：

其他幾條母線的電壓二次都正常，三相平衡，在測量35kV Ⅱ母線電壓的時候，在斷開PT二次側空開后，測量其輸出電壓，其中UA為56.7V、UB為51.7V、UC為56.6V，合上PT二次側空開帶負荷后，在接口屏測得電壓為UA為56.6V、UB為50.5V、UC為57V，發現B相電壓在二次側較其他兩相電壓明顯低了5伏，并比故障錄波的啟動定值51.9V低，檢查二次回路端子箱上面的相關端子并未發現松動，我們分析導致電壓偏低的原因有：1、電壓互感器的一次熔斷器燒斷或損壞導致電阻增大；2、電壓互感器二次繞組故障；3、電壓互感器二次空開脫扣；4、系統有單相接地。

由于PT三相電壓有兩相電壓正常，B相電壓偏低，則可以判斷為非接地故障。而電壓偏低相電壓值未降低為零，檢查二次空開也未跳開，二次回路端子也未見松動，則可排除二次空開脫扣原因。而當電壓互感器高壓熔絲單相熔斷或損壞導致電阻增大時，熔斷相對地電壓降低，由于相間線圈的互感，熔斷相還會有一定的感應電壓，而非熔斷相為正常電壓。經過分析，認為PT一次熔斷器燒壞的可能性比較大。

在向調度申請將PT轉檢修后，將PT一次三相熔斷器拆下來，用萬用表測量三相的熔斷器電阻，發現B相的熔斷器電阻明顯偏大，為此我們將損壞的B相熔斷器更換同型號的熔斷器裝上，注意熔斷器額定電流要與原來的相同，新更換的熔斷器電阻要與原兩相熔斷器的電阻要平衡；完成更換熔斷器工作后，對PT進行了相關試驗未發現異常，即向調度申請將PT由檢修轉運行，測量PT的二次電壓正常，三相平衡，故障錄波頻繁啟動現象消失。

2. PT高壓熔斷器頻繁損壞原因分析

然而在2008年6月、9月相繼在其他35kV母線再次發生PT高壓熔斷器損壞的情況，其中一次引起母差接地告警信號；頻繁的PT熔斷器損壞引起了我們的重視，引起PT高壓熔斷器故障的主要原因有：

1） 一次系統發生單相接地，產生弧光接地過電壓[1]；

2）PT本身內部出現單相接地或匝間、層間、相間短路故障；

3）二次負載過重，將導致電壓互感器一、二次熔斷器熔斷；

4） PT二次側發生短路，而二次側熔斷器未熔斷，造成高壓熔斷器熔斷；

5） 一次系統運行環境變化，出現鐵磁諧振，引起電壓互感器一、二次側熔斷器熔斷。

由于系統中并無接地故障，可排除第一種情況；而每次PT高壓熔斷器更換后對PT本體進行試驗，都無發現異常，則可排除第二種情況；測量PT二次并未發生接地、短路現象，二次負荷也正常，所以可以排除第三、四種情況。那么就可以基本確定是鐵磁諧振引起的一次熔斷器損壞。

系統出現非線性負荷掛網運行的時候，將在電網產生電壓與電流的畸變。此時的諧波源相當于一個很大的電流源，其產生的諧波電流加在系統感抗和電容器組的容抗之間，形成并聯回路。當電網系統感抗等于電容器容抗時即wL=l/wc，將形成并聯諧振。此時并聯回路總阻抗相當于無窮大，諧波電流流經阻抗無窮大回路時候，將產生無窮大的諧波電壓，當電路發生由諧波激勵的串聯諧振時，電路的阻抗，電路中總阻抗最小，電流將達到最大值。

在系統進行操作或發生故障時，變壓器、互感器等含鐵芯元件的非線性電感元件與系統中電容串聯可能引起鐵磁諧振，對電力系統安全運行構成危害。在中性點不接地的非直接接地系統中，鐵磁式電壓互感器引起的鐵磁諧振過電壓是常見的，是造成事故較多的一種內部過電壓。

在發生連續高壓熔斷器熔斷的月份中，都為高溫高負荷季節，35kV母線設備的主要操作為電容器的投切操作，經統計，每日每段母線需投切電容器最多的次數達到9臺/次，因此投退電容器的操作是引起鐵磁諧振過電壓的主要原因。圖1及圖2分別為系統與電容器并聯諧振原理圖及轉化等效電路。

并聯電容器組用來改善系統的功率因素和調壓。[4]當系統存在諧波時，電容器可能與系統的感性部分組合，在一定的頻率下，形成串聯或并聯諧振，電容器投入在電壓已經發生畸變的電網時，可能使電網的諧波加劇，對諧波進行嚴重放大，而多組電容器短時間內連續投入，將使得放大的諧波再次疊加，與系統的感抗耦合，形成諧振過電壓或過電流，嚴重危害電容器本身和其附近的電氣設備的安全。

3.建議采取措施

經分析，我站35kV PT高壓熔斷器容易燒壞的原因主要是連續投切電容器使得諧波的放大及疊加，導致產生諧振過電壓。為防止并聯電容器對諧波放大的措施危及系統運行和設備安全，應采取以下措施：

1） 在并聯電容器電路中串接電抗器。這是有效降低電容器對諧波放大的主要措施。

2） 在諧波源附近裝設交流濾波裝置或有源濾波器，用以吸收諧波電流，使諧波電流不能進入系統。

3） 提高系統和設備的抗諧波能力，設法改變互感器的感抗或系統對地容抗，避免匹配成諧振參數。

4）加裝電容器諧波保護裝置，當系統因投切電容引起的諧波放大達到整定值時，能及時切除相應的電容器組，防止諧波被進一步放大，引起系統諧振。

5）注意連續投入電容器的時間間隔，由于諧波具有衰減性，當投入一組電容器時，放大的諧波會隨時間而衰減，所以應在投入同一母線第二組電容器時應間隔數分鐘，防止諧波的疊加產生而引起系統諧振。

4.歸納總結

故障錄波啟動的方式有很多種，當其頻繁啟動時，要留意其啟動的原因，是否設備的故障導致其啟動，由于35kV電壓互感器一次熔斷器燒壞的時候，由于感應電壓的存在，該相電壓不會很明顯下降，需通過對比相鄰相及相鄰母線電壓；而頻繁的PT熔斷器故障源于投入電容器時引起的諧波放大及疊加，作為運行人員應控制連續投入同一母線電容器組的間隔時間，避免系統諧振的發生而導致高壓PT熔斷器的損壞。

對于一些非故障信號的頻繁啟動要引起重視，不能因為該信號不影響系統運行或系統中無明顯故障而對此麻痹，進而忽略了一些隱患的設備缺陷，要查找出引起改信號啟動的根本原因，及時消除隱患。

參考文獻：

[1]電力系統諧波-基本原理、分析方法和濾波設計 2011年，機械工業出版社，GeorglJ.Wakilch.

[2]電力系統高次諧波，1998年，中國電力出版社 呂潤馀.

[3]諧波的抑制與利用， 2000年，電網技術 張 峰.

[4]電網并聯電容器組對諧波的放大分析 1999 年 南昌水專學報 張興旺.