一起串補(bǔ)裝置阻尼電阻壓力釋放故障原因分析及改進(jìn)建議

摘要：結(jié)合500 kV某線線路串補(bǔ)裝置停電進(jìn)行串補(bǔ)保護(hù)缺陷處理過程中發(fā)現(xiàn)平臺(tái)部分一次設(shè)備損壞，通過對(duì)一二次設(shè)備逆向思考、保護(hù)動(dòng)作分析、波形比對(duì)、系統(tǒng)仿真等手段探究設(shè)備損壞原因，并進(jìn)一步對(duì)照設(shè)備返廠解體情況，得出阻尼回路中的線性電阻片異常，導(dǎo)致串補(bǔ)裝置正常動(dòng)作后，阻尼回路無法將電容器組的高幅值、高頻率放電電流限制到安全數(shù)值，造成線性電阻器壓力釋放，進(jìn)而使得電容器組發(fā)生直接對(duì)地放電，串補(bǔ)平臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)高電壓、大電流致使其他設(shè)備損壞。為避免同類故障再次發(fā)生，提出了預(yù)防措施和改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：線路相間跳閘；串補(bǔ)裝置；波形分析；線性電阻器；壓力釋放；預(yù)防措施

中圖分類號(hào)：TM863? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2024）12-0069-05

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.12.018

0? ? 引言

串補(bǔ)技術(shù)即采用串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置來補(bǔ)償線路的電抗，從而提高了輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定極限和輸電能力、提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是對(duì)傳統(tǒng)補(bǔ)償技術(shù)的完善和補(bǔ)充。串聯(lián)補(bǔ)償電容器是促進(jìn)實(shí)現(xiàn)電力長距離、大容量、高效率傳輸?shù)闹匾b置[1]。近年來，由輸電線路復(fù)雜性故障原因造成的串補(bǔ)裝置及其附屬保護(hù)設(shè)備異常或故障逐漸增加。故有必要第一時(shí)間調(diào)閱每次串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作后故障錄波文件，深入分析波形變化，這對(duì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患有極大的作用，并能為采取有效的檢修策略提供依據(jù)。

1? ? 損壞設(shè)備概況

2021年12月29日，某公司檢修人員登上某500 kV串補(bǔ)裝置平臺(tái)處理A相串補(bǔ)保護(hù)缺陷，發(fā)現(xiàn)A相串補(bǔ)裝置平臺(tái)上阻尼回路的1只線性電阻器壓力釋放，GAP觸發(fā)箱用避雷器損壞、炸裂及其與脈沖電容器連接線斷裂，GAP觸發(fā)箱3支支柱絕緣子齊根斷裂，如圖1所示。

1.1? ? 阻尼裝置介紹

阻尼裝置用于限制GAP觸發(fā)或旁路開關(guān)合閘時(shí)引起的電容器組放電電流的幅值和頻率，以及提供對(duì)電容器組放電振蕩足夠的阻尼，確保電容器組、火花間隙、旁路斷路器的安全運(yùn)行。阻尼裝置由阻尼電抗器和線性電阻器并聯(lián)組成。在線性電阻器支路中還串聯(lián)有一個(gè)限壓器，只有在強(qiáng)制GAP動(dòng)作或旁路斷路器閉合時(shí)，限壓器才將線性電阻器接入回路[2]。電容器組通過阻尼裝置放電后，限壓器起阻斷作用，使線路故障電流只能流過阻尼電抗器。通過這種方式，阻尼回路的總損耗可以保持在較低水平。

其中線性電阻器由3個(gè)并聯(lián)電阻器元件組成。電阻器元件用無磁不銹鋼帶制成，用玻璃纖維加固。它們安裝在瓷外套筒內(nèi)部，以垂直位置固定。線性電阻器技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2? ? GAP及其觸發(fā)箱輔助設(shè)備介紹

GAP及其觸發(fā)箱與串補(bǔ)平臺(tái)電氣原理如圖2所示。損壞避雷器為圖中圈出的觸發(fā)箱避雷器。由于觸發(fā)箱需要與GAP等電位，因此觸發(fā)箱低壓側(cè)與GAP主間隙低壓側(cè)距離很近，而與平臺(tái)距離較遠(yuǎn)。觸發(fā)箱與平臺(tái)之間的長連線存在一定的電感，當(dāng)電容器通過GAP放電時(shí)，電流頻率較高，感抗較大，導(dǎo)致觸發(fā)箱與串補(bǔ)平臺(tái)之間會(huì)產(chǎn)生幅值很高的暫態(tài)過電壓，造成觸發(fā)箱內(nèi)部擊穿放電。因此，需要加裝避雷器，限制過電壓，防止觸發(fā)箱元器件故障[3]。

2? ? 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞情況，運(yùn)檢人員又詳細(xì)查看了串補(bǔ)裝置監(jiān)控報(bào)文信息，除“GAP通信中斷、發(fā)送數(shù)據(jù)不正常”告警信息外，未發(fā)出其他任何異常信息。為查清設(shè)備損壞原因，檢修人員調(diào)閱了最近一次串補(bǔ)裝置火花間隙動(dòng)作情況，即2021年12月8日對(duì)應(yīng)線路間隔發(fā)生區(qū)內(nèi)A、B兩相短路故障，串補(bǔ)裝置GAP動(dòng)作，串補(bǔ)裝置正常旁路。根據(jù)故障錄波圖，A相與B相GAP電流相比發(fā)生了明顯的變化，且A相波形異常。因此，初步懷疑線路相間故障造成阻尼裝置異常，引起后續(xù)連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致設(shè)備損壞。具體保護(hù)動(dòng)作情況和原因分析如下。

2.1? ? 保護(hù)動(dòng)作情況及原因分析

2.1.1? ? 保護(hù)動(dòng)作情況

從開關(guān)量錄波圖3中可看出，在線路發(fā)生A、B相相間故障后，串補(bǔ)控制保護(hù)裝置接收到“線路保護(hù)聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)”信號(hào)，保護(hù)動(dòng)作后發(fā)觸發(fā)三相間隙和閉合三相旁路斷路器的命令。

從模擬量錄波圖4中可知，線路發(fā)生A、B相相間故障后，MOV正確動(dòng)作，但因MOV電流未達(dá)到MOV過電流保護(hù)動(dòng)作定值，故MOV過電流保護(hù)未動(dòng)作。線路聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作后A、B相間隙正常觸發(fā)，三相旁路開關(guān)合閘。

2.1.2? ? 保護(hù)動(dòng)作初步分析

1）“線路聯(lián)跳串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作”分析：該保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為在串補(bǔ)裝置運(yùn)行時(shí)，若線路保護(hù)裝置發(fā)來的聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)信號(hào)有效，則發(fā)合旁路開關(guān)和觸發(fā)GAP命令。從上述開關(guān)量和模擬量信息分析，在收到線路保護(hù)發(fā)來的聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作后A、B相間隙正常觸發(fā)，三相旁路開關(guān)合閘。保護(hù)動(dòng)作情況與保護(hù)動(dòng)作邏輯相符。

2）“MOV過電流保護(hù)動(dòng)作”分析：該保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為若任一相MOV總電流大于定值（定值為16 000 A），并達(dá)到保護(hù)延時(shí)（時(shí)間）則發(fā)合旁路開關(guān)和觸發(fā)GAP命令。從MOV暫態(tài)電流錄波圖5可以看出，A、B相線路發(fā)生故障后雖然其電流峰值達(dá)到16 800 A，但約312 μs后就下降到15 972 A，未達(dá)到MOV過電流保護(hù)動(dòng)作時(shí)延，故MOV過電流保護(hù)未動(dòng)作，其行為正確。

3）“平臺(tái)閃絡(luò)保護(hù)動(dòng)作”分析：該保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為若串補(bǔ)平臺(tái)上設(shè)備的絕緣損壞，大于定值（定值為16 000 A），并達(dá)到保護(hù)延時(shí)（時(shí)間）則發(fā)合旁路開關(guān)。從電容器放電暫態(tài)過程中平臺(tái)閃絡(luò)電流錄波圖6，可明顯看出A、B相平臺(tái)均有暫態(tài)過程，B相平臺(tái)電流瞬時(shí)消失，但A相平臺(tái)電流放電過程持續(xù)約470 μs，且放電頻率較高（2 500 Hz左右），由于平臺(tái)閃絡(luò)保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)為200 ms遠(yuǎn)大于470 μs，故而平臺(tái)閃絡(luò)保護(hù)未動(dòng)作，其行為正確。

從上述保護(hù)動(dòng)作分析，發(fā)現(xiàn)A相串補(bǔ)平臺(tái)出現(xiàn)2 500 Hz左右的放電電流，與正常放電600 Hz左右存在明顯差異，A相平臺(tái)暫態(tài)過程可能是造成設(shè)備損壞的主要原因，故有必要進(jìn)一步深入分析研判高頻放電電流，找出造成設(shè)備損壞的直接原因。

2.2? ? 高頻放電和設(shè)備損壞原因分析及仿真計(jì)算

2.2.1? ? 高頻放電和設(shè)備損壞原因分析

正常情況下，串補(bǔ)電容器組均通過阻尼裝置放電，其放電頻率范圍應(yīng)在585～610 Hz。而A相平臺(tái)放電頻率在2 500 Hz左右，而高頻放電波形與電容器組直接放電電流頻率相近，判斷在本次線路故障聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)裝置后，阻尼裝置內(nèi)部異常，導(dǎo)致電容器組發(fā)生直接短路故障，進(jìn)而致使觸發(fā)箱避雷器及其支柱絕緣子損壞[4]。

2.2.2? ? 高頻放電仿真計(jì)算

為了進(jìn)一步驗(yàn)證阻尼裝置內(nèi)部異常是否會(huì)出現(xiàn)上述高頻放電現(xiàn)象，通過搭建某線路串補(bǔ)的仿真模型，進(jìn)行了仿真計(jì)算。假設(shè)1只阻尼電阻器損壞，壓力釋放。仿真結(jié)果基本再現(xiàn)故障波形及動(dòng)作情況，間隙電流放電頻率在2 500 Hz左右，如圖7所示。

2.2.3? ? 阻尼電阻器解體情況

將A相阻尼電阻器返廠解體，發(fā)現(xiàn)壓力釋放的阻尼電阻器上端防爆膜密封圈局部燒損，密封圈均正常安裝在相應(yīng)密封槽內(nèi)，表面未見破損及缺陷，密封槽及密封面未見劃傷、銹蝕；氧化鋅電阻片無擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象；內(nèi)部零部件齊全，氧化鋅電阻片柱側(cè)面、線性電阻片側(cè)面、絕緣桿、瓷套內(nèi)壁均有不同程度電弧灼傷痕跡；芯體上部高壓電極并聯(lián)短接片局部燒斷，低壓電極并聯(lián)短接片受力變形[5]；自上而下第21號(hào)、第22號(hào)線性電阻片裂開，第22號(hào)線性電阻片上表面鋁電極中心有熔融現(xiàn)象。

3? ? 結(jié)論

綜合上述情況，可以判斷阻尼電阻器中線性電阻片可能存在單片缺陷、表面不平整、裝配不平整等原因，從而造成線性電阻片因通流不均炸裂，進(jìn)而發(fā)展成內(nèi)部貫穿放電導(dǎo)致內(nèi)部元件燒損，造成阻尼電阻器壓力釋放，線路保護(hù)聯(lián)動(dòng)串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作，觸發(fā)GAP命令，導(dǎo)致電容器組直接短路放電；其次電容器直接短路放電過程中，電流頻率很高，造成觸發(fā)箱與平臺(tái)間的電壓成倍增加，導(dǎo)致避雷器擊穿；然后可能是高頻大電流放電過程中電動(dòng)力拉伸致使支柱絕緣子齊根斷裂[6]。

4? ? 結(jié)束語

本文通過深入分析串補(bǔ)故障波形，推演了一起串補(bǔ)裝置阻尼電阻壓力釋放引起的串補(bǔ)裝置其他設(shè)備損壞過程，并通過仿真計(jì)算再現(xiàn)了故障波形及動(dòng)作情況，驗(yàn)證了理論分析結(jié)果。為避免類似設(shè)備故障再次發(fā)生，提出以下幾點(diǎn)建議：

1）增加線性電阻片表面平整度檢查環(huán)節(jié)，可有效增大線性電阻片之間的接觸面積；

2）線性電阻片組裝過程中確保每個(gè)線性電阻片的良好接觸，從而有效提高阻尼電阻器的通流能力；

3）串補(bǔ)新建或改造工程需明確阻尼電阻器的熱冗余配置方案；

4）在控保系統(tǒng)中增加阻尼電阻器等設(shè)備故障報(bào)警功能，對(duì)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患有極大的作用，采取有效的檢修策略提供依據(jù)；

5）串補(bǔ)運(yùn)行過程中如發(fā)生保護(hù)動(dòng)作，應(yīng)及時(shí)查看串補(bǔ)保護(hù)動(dòng)作情況，深入分析波形是否出現(xiàn)異常，發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)與廠家溝通。

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收稿日期：2024-03-05

作者簡介：董云奇（1988—），男，山西人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。