因外電供電質(zhì)量導(dǎo)致變電所停電的故障分析

國家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司 趙平生

國家管網(wǎng)華南分公司所屬一10KV變電所多次發(fā)生電容器投用后保險熔斷故障，某日，專業(yè)人員對II段高壓電容器檢修后，分別投用II段、I段高壓電容器時，因I段高壓電容器出現(xiàn)內(nèi)部故障造成上游變電所跳閘而全站失電，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上游供電局電源諧波超標(biāo)是導(dǎo)致故障停電的主要原因。現(xiàn)將故障和處理過程介紹如下，供同行參考。

1 事故過程

國家油氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司華南分公司所屬一10KV變電所，為單電源供電，變電所內(nèi)單母線兩段供電，兩段母線均有高壓電容器（如圖1）。

圖1 變電所一次系統(tǒng)圖

某日，專業(yè)人員完成II段高壓電容器的檢修后，先投用I段高壓電容器，1#進(jìn)線功率因素為0.96，I段電容器投用正常。斷開I段高壓電容器后，合上II段高壓電容器組斷路器，II段高壓電容器B相保險熔斷，對應(yīng)的接觸器隨即跳閘。重新合上I段電容器開關(guān)，電容器出現(xiàn)異響，持續(xù)5至6s后，I段電容器柜跳閘，同時變電所全部停電，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)1#進(jìn)線無電。

圖2 B相對電纜頭擊穿

圖3 開關(guān)柜側(cè)板灼燒痕跡

圖4 進(jìn)線三項母排有放電痕跡

對外供電線路及變電所高壓母線進(jìn)線絕緣測試，未發(fā)現(xiàn)異常。打開1#高壓電容器柜，檢查發(fā)現(xiàn)電容器柜進(jìn)線電纜B項電纜頭擊穿（如圖2）、開關(guān)柜側(cè)板有灼燒現(xiàn)場（如圖3）、進(jìn)線三相母排有放電痕跡（如圖4）、電容器B相保險燒斷。

2 原因分析

造成高壓電容器保險燒斷、變電所停電的原因可能有以下幾個方面：一是一次系統(tǒng)絕緣不合格、發(fā)生對地短路或相間短路。二是高壓電容器熔斷器選型不合理。三是諧波電流過大，造成保險燒斷。下面就這幾個方面的原因展開分析排查。

2.1 一次絕緣排查

對進(jìn)線和變電所高壓母線絕緣測試無異常，說明外供電系統(tǒng)無接地、變電所內(nèi)一次設(shè)備絕緣良好，排除系統(tǒng)接地或三相短路的原因。

2.2 熔斷器選型合理性排查

變電所內(nèi)每段母線配置有容量為500kvar的無功補(bǔ)償裝置，每組無功補(bǔ)償裝置內(nèi)的200kvar容量和300kvar容量的裝置可分開投切，額定電壓為10kV，Y型接法，電抗率為6%，兩之路熔斷器器規(guī)格分別為16A和26A。

根據(jù)：

可知，200kvar容量和300kvar容量電容器支路的額定電流分別為11.5A和17.3A，熔斷器的選型符合規(guī)范要求。

2.3 系統(tǒng)諧波情況排查

根據(jù)：

可知，每組內(nèi)電容的等效基波容抗分別為500Ω(200kvar)和333.33Ω(300 kvar)，電抗器的等效基波電感為30Ω(200kvar)和20Ω(300 kvar)。電容器的接線示意圖和等值電路圖如下圖5：

圖5 電容器接線圖和等值電路圖

圖5中，UK為K次諧波電壓，KZS為系統(tǒng)阻抗，KXl為電容器串聯(lián)電抗器K次諧波感抗，為電容器K次諧波容抗。

流過無功補(bǔ)償裝置的K次諧波電流為：

圖6 各次諧波下的電容器支路阻抗值

由圖6可知，串聯(lián)6%電抗率的無功補(bǔ)償裝置在4次諧波和5次諧波之間形成一個最低阻抗點(diǎn)。當(dāng)無功補(bǔ)償裝裝置電容值發(fā)生衰減時，諧振點(diǎn)將向5次諧波移動，當(dāng)系統(tǒng)供電存在5次諧波時，將會有大電流通過電容器，造成熔斷器熔斷。用電能質(zhì)量分析儀測量，外供電出現(xiàn)間斷性諧波超標(biāo)的情況，最高時達(dá)到35%。啟用發(fā)電機(jī)時，電容器能正常投用也印證了外供電系統(tǒng)存在較大的5次諧波。

2.4 其它方面的問題

檢查發(fā)現(xiàn)，無功補(bǔ)償裝置的高壓熔斷器缺少內(nèi)消弧管（如圖7），當(dāng)熔斷器內(nèi)部熔絲過流熔斷產(chǎn)生電弧時，因缺少消弧管，無法立即將電弧熄滅，熔絲熔斷后，尾部的繃緊彈簧將熔斷器帶著電弧彈開，電弧與進(jìn)線電纜及柜體側(cè)板形成通路而出現(xiàn)三相短路，造成進(jìn)線停電。

圖7 高壓熔斷器無內(nèi)消弧管

3 故障處理

針對變電所無功補(bǔ)償裝置存在的問題，開展了一下幾個方面的處理：一是聯(lián)系供電局，協(xié)調(diào)處理諧波較高的問題；二是更換了新的電容器和電抗器；三是更換合格的帶有內(nèi)消弧管的熔斷器。整改之后無功補(bǔ)償裝置未再發(fā)生熔斷器熔斷問題。