變電站保護(hù)小室直流濾波屏拆除研究

肖珺，劉珍

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變電站保護(hù)小室直流濾波屏拆除研究

肖珺，劉珍

（國網(wǎng)湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430000）

20世紀(jì)80年代微機(jī)保護(hù)興起。保護(hù)所用直流電源電纜經(jīng)過高壓交流場受到一定程度干擾，由于缺乏繼電保護(hù)抗干擾標(biāo)準(zhǔn)，為了防止干擾經(jīng)直流電源串入保護(hù)裝置，直流電源進(jìn)小室前先經(jīng)過直流濾波裝置濾波。因直流系統(tǒng)所帶負(fù)荷為全部同時(shí)停運(yùn)，所以，也無法對(duì)直流濾波屏開展檢修。剛剛投運(yùn)時(shí)因設(shè)備較新、設(shè)備運(yùn)行狀況尚可，但是隨著投運(yùn)年限增長，設(shè)備年久失修，設(shè)備每況愈下，特別是絕緣問題突出，已經(jīng)嚴(yán)重影響直流系統(tǒng)、繼電保護(hù)乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，解決直流濾波器的設(shè)備健康問題刻不容緩。

變電站；直流濾波器；濾波屏；直流母線

1 現(xiàn)狀調(diào)查

直流濾波器檢修面對(duì)的困難：①直流所帶負(fù)荷是繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置、開關(guān)分合電壓極其重要，絕不允許失電。②兩段直流母線，每段均經(jīng)過兩路直流濾波器連接，看似雙重化冗余配置。然而兩段的每路的直流濾波器均在同一屏內(nèi)，空間狹小，且每段直流母線的負(fù)荷均不可同時(shí)停運(yùn)。因每段的兩路直流是通過切換開關(guān)切換，在切換過程中有個(gè)失壓的過程，導(dǎo)致雖有2路，但是長期只有一路運(yùn)行，且這一路永無切換機(jī)會(huì)。

直流濾波器存在以下問題：①陰雨天氣時(shí)因濕度過大，冬季時(shí)因地?zé)崾艹眹?yán)重；②空間狹小無法配備驅(qū)潮裝置；③挨著墻面無法防腐、濾波屏銹蝕嚴(yán)重；④絕緣老化；⑤直流系統(tǒng)的接地電阻在天氣惡劣時(shí)時(shí)常低于200 k，甚至低于20 k的事件偶有發(fā)生。

直流濾波器運(yùn)行工況：直流濾波器絕緣降低，經(jīng)常導(dǎo)致直流接地。直流接地發(fā)生在其他設(shè)備上尚可解決，但是發(fā)生在直流濾波屏上，因所帶負(fù)荷無法同時(shí)停用，不能對(duì)其檢修。因此，直流濾波器導(dǎo)致的接地?zé)o法處理。

直流濾波器在系統(tǒng)中的應(yīng)用情況：直流濾波器只安裝在2000—2005年投運(yùn)的變電站，之后投運(yùn)的變電站均未配置直流濾波器。直流濾波器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。2000年前的變電站保護(hù)小室不在交流場，在主控樓內(nèi)。2005年后投運(yùn)的變電站從設(shè)計(jì)到施工均考慮電磁兼容，也未配備直流濾波屏。根據(jù)以上現(xiàn)狀調(diào)查情況，直流濾波器的存在給變電站的設(shè)備運(yùn)行帶來了危害，本QC小組將研究直流濾波器的拆除。

2 目標(biāo)設(shè)定

拆除變電站的直流濾波器，解除直流濾波屏對(duì)直流系統(tǒng)及電網(wǎng)運(yùn)行的危害。

圖1 直流濾波器的結(jié)構(gòu)

3 目標(biāo)可行性分析

根據(jù)變電站設(shè)備情況，建立如下模型。各類干擾導(dǎo)線與直流電源線平行。500 kV變電站直流電纜與放電導(dǎo)線距離一般有10 m，平行長度取5 m；直流電纜2根直流導(dǎo)線距離為20 mm，導(dǎo)線與屏蔽層距離為20 mm，導(dǎo)線與接地銅牌距離為0.2 m；差模取電纜內(nèi)2跟導(dǎo)線的距離，磁通面積取5×0.02=0.1 m2，在屏蔽層兩端接地良好的情況下取共模取磁通面積為0.1 m2。當(dāng)無屏蔽層，共模取導(dǎo)線與接地銅排距離，磁通面積為1 m2。為了簡化計(jì)算，忽略其他電磁影響。

4 正常負(fù)荷電流影響

500 kV變電站額定電流一般為3 000 A。

差模感生電動(dòng)勢、屏蔽線良好共模感生電動(dòng)勢為：

無屏蔽線感生電動(dòng)勢：

4.1 正常負(fù)荷時(shí)諧波影響

根據(jù)《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》（GB/T 14549—93）取電能質(zhì)量合格要求，諧波5%，取開關(guān)電源頻率2 kHz。

差模感生電動(dòng)勢、屏蔽線良好共模感生電動(dòng)勢：

無屏蔽線感生電動(dòng)勢：

4.2 穩(wěn)態(tài)短路電流的諧波影響

故障電流取60 kA，電流波形取3次諧波，根據(jù)統(tǒng)計(jì)電力系統(tǒng)內(nèi)故障電流基本小于60 kV，穩(wěn)態(tài)電流以基波為主，取3次諧波時(shí)模擬最惡劣環(huán)境下的簡化計(jì)算，實(shí)際數(shù)值遠(yuǎn)小于計(jì)算值。

磁感應(yīng)強(qiáng)度為：

差模感生電動(dòng)勢、屏蔽線良好共模感生電動(dòng)勢：

無屏蔽線感生電動(dòng)勢：

4.3 雷電流的影響

雷電流取中國平均值30 kA，波頭取2.6 μs，波頭電流大小78 kA。

磁感應(yīng)強(qiáng)度：

差模感生電動(dòng)勢、屏蔽線良好共模感生電動(dòng)勢：

無屏蔽線感生電動(dòng)勢：

均小于GB/T 14598.10中 A級(jí)4 kV，B級(jí)2 kV；均小于GB/T 17626.5中4級(jí)4 kV，3級(jí)2 kV。對(duì)于短路瞬間沖擊，波形雷電類似，實(shí)際大小均略小于雷電波，參照雷電計(jì)算。對(duì)于分合開關(guān)的沖擊電流，無論是電流大小，還是能量強(qiáng)度均不超過雷電流。在滿足雷沖擊的前提下必然滿足故障電流和分合開關(guān)的沖擊電流。

5 計(jì)算驗(yàn)證

正常負(fù)荷情況下，某相近變電站500 kV#1保護(hù)小室用示波器捕捉直流電壓1.37 mV，直流交串直顯示AC電壓為0，實(shí)際測量值與計(jì)算值相近，切滿足波紋系數(shù)要求。因雷電及短路電流難以捕捉，改用MATLAB仿真模擬測試，測試值與計(jì)算值相近。

根據(jù)計(jì)算及仿真和實(shí)測驗(yàn)證，在沒有直流濾波屏的情況下，交流場對(duì)直流電纜的干擾值均小于國標(biāo)規(guī)定值，小于保護(hù)裝置抗干擾限值。沒有直流濾波屏的直流電源滿足保護(hù)裝置電磁兼容要求，保護(hù)裝置能夠耐受交流場的各類干擾。對(duì)于存在直流濾波屏的老舊變電站，可以拆除直流濾波屏；對(duì)于新投運(yùn)設(shè)備，無需在各保護(hù)小室直流電源入口處安裝直流濾波屏。

6 實(shí)施拆除

拆除分為以下幾步：①直流所帶負(fù)荷停電。②直流濾波屏及直流分屏停電。③測量35 kV#1小室門口直流濾波屏8個(gè)接線端子對(duì)地電壓為0.④現(xiàn)場施工、試驗(yàn)。解開接線，使用工具拆卸電容器地線，把放電電阻其中一個(gè)夾子夾住拆下的電容器地線，并做好絕緣；使用工具拆卸其中一個(gè)電容器母線接線，把放電電阻另一個(gè)夾子夾住拆下的電容器母線接線端并保持1 min以上，使用萬用表確認(rèn)沒電壓后取下夾子，對(duì)電容器母線接線端子做絕緣處理；對(duì)不同電容器重復(fù)做以上操作，完成電容器退出運(yùn)行；電容器退出運(yùn)行后，對(duì)電容器柜底母線端子使用絕緣布做隔離防護(hù)；將8根進(jìn)線與8根按照對(duì)應(yīng)關(guān)系各自連接。

7 隔離恢復(fù)、調(diào)試

用搖表搖對(duì)地絕緣及相間絕緣（相鄰紅綠為一組）；將直流配電屏，每組正負(fù)短接，測量回路接觸電阻；直流配電室#1、#2直流主屏隔離措施解除，逐一恢復(fù)送電，逐一檢查對(duì)應(yīng)關(guān)系檢查對(duì)地及相間電壓是否正常；將直流分屏I、II段恢復(fù)原先位置，并分別測量電壓正常，負(fù)荷燈正常。

［1］金芬蘭，王昊，范廣民，等.智能電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)的變電站集中監(jiān)控功能設(shè)計(jì)［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（01）：241-247.

2095－6835（2018）24－0080－02

TM63

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.24.080

〔編輯：張思楠〕