一起交流濾波器不平衡保護(hù)跳閘事故分析

朱映錦

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京210000）

特高壓輸電工程輸送容量大、輸送距離遠(yuǎn)、效率高、損耗低等特點(diǎn)完全能解決我國自然資源分布不均帶來的問題。特高壓直流較特高壓交流更具有線路造價(jià)低、可實(shí)現(xiàn)非同期電網(wǎng)互聯(lián)、調(diào)節(jié)速度快、節(jié)約線路走廊等優(yōu)勢，故近幾年我國大力推進(jìn)特高壓直流工程的建設(shè)與發(fā)展。截止2020 年，我國已有25 條在運(yùn)特高壓線路（10 交15 直），交直流的融合構(gòu)成輸電骨干網(wǎng)架。

然而，特高壓直流工程也有其不足之處，如無功功率消耗大、交直流側(cè)均產(chǎn)生諧波影響等。為了消除抑制諧波、提供直流系統(tǒng)無功消耗以及穩(wěn)定交流系統(tǒng)母線電壓等需求，換流站必須配備足夠數(shù)量的交流濾波器來濾除交流側(cè)諧波以及補(bǔ)償直流滿功率下的無功需求。

2020 年8 月，泰州換流站1000kV 交流濾波器T613 發(fā)生H1 橋不平衡保護(hù)跳閘事故。本文就該起跳閘事故的原因、處理過程及后續(xù)運(yùn)行維護(hù)方案進(jìn)行闡述和分析。

1 泰州換流站情況介紹

±800kV 錫盟-泰州直流輸電工程是一條連接我國西部煤電基地和東部負(fù)荷中心的能源大通道，是加快推進(jìn)大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃12 條重點(diǎn)輸電通道之一。該工程起于內(nèi)蒙古錫盟換流站，止于江蘇泰州換流站，泰州換流站位于泰州興化市。泰州換流站位處河網(wǎng)密布、縱橫交織的里下河地區(qū)，四季分明且鳥類繁多。

2 泰州換流站交流濾波器配置

因?yàn)樘┲輷Q流站采用分層接入技術(shù)（即高低端分別接入500kV、1000kV 交流電網(wǎng)），所以1000kV 側(cè)配置10 組交流濾波器/并聯(lián)電容器，500kV 側(cè)配置14 組交流濾波器/并聯(lián)電容器。因此次跳閘事故發(fā)生于1000kV 交流濾波器內(nèi)，故不再對(duì)500kV側(cè)交流濾波器/并聯(lián)電容器配置情況展開介紹。1000kV 側(cè)交流濾波器/并聯(lián)電容器包含：HP12/24 ACF 交流濾波器6 組，每組容量為350Mvar；SC 并聯(lián)電容器4 組，每組容量為315Mvar。1000kV 側(cè)兩種交流濾波器/并聯(lián)電容器結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

3 跳閘故障概述及現(xiàn)場檢查

3.1 概述

2020 年8 月13 日13 時(shí)46 分，泰州換流站監(jiān)控后臺(tái)報(bào)T613 交流濾波器H1 橋C 相不平衡保護(hù)雙套保護(hù)動(dòng)作跳閘，T613 開關(guān)跳開并鎖定，T621 交流濾波器自動(dòng)投入運(yùn)行。故障發(fā)生時(shí)，泰州站雙極四換流器降壓640kV 大地回線運(yùn)行，輸送功率1820MW。故障發(fā)生時(shí)，站內(nèi)無操作，無其他異常。故障時(shí)主要事件記錄為：“1000kV 第一大組交流濾波器保護(hù)A/B：T613ACF H1 橋A 相不平衡保護(hù)跳閘_啟動(dòng)”、“1000kV 第一大組交流濾波器保護(hù)A/B：T613ACF H1 橋A 相不平衡保護(hù)跳閘_動(dòng)作”。

圖1 1000kV 側(cè)交流濾波器/并聯(lián)電容器結(jié)構(gòu)圖

圖2 電容器塔下殘骸

3.2 現(xiàn)場檢查情況

圖3 塔上放電情況

故障發(fā)生后，現(xiàn)場檢查圍欄內(nèi)C1 高壓電容器高壓塔下共發(fā)現(xiàn)兩只死鳥，電容器高壓塔正下方有一只完整死鳥和半只死鳥殘骸，電容器高壓塔左測地上散落半只死鳥的殘骸，如圖2 所示。申請(qǐng)轉(zhuǎn)檢修后，人員進(jìn)入圍欄內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)電容器上局部有噴濺的血跡且有兩處放電痕跡，一處位于第二層電容器上表面，另一處則位于第三層電容器下方的鋼構(gòu)上如圖3 所示。初步判斷為鳥害引起的跳閘。

4 跳閘故障處理分析及處理

4.1 保護(hù)動(dòng)作行為分析

1000kV 交流濾波器T613 類型為HP12/24，其不平衡保護(hù)的不平衡系數(shù)計(jì)算公式為：kunb= Iunb÷Iw。

其H1 橋不平衡保護(hù)動(dòng)作結(jié)果分為三段：

Ⅰ段：當(dāng) kunb＞ 0.00068時(shí)，延時(shí)10s 報(bào)警；

Ⅱ段：當(dāng) kunb＞ 0.001597時(shí)，延時(shí)7200s 跳閘；

Ⅲ段：當(dāng) kunb＞0.001922時(shí)，延時(shí)20ms 跳閘。

檢查故障時(shí)的保護(hù)A 系統(tǒng)內(nèi)置故障錄波波形，如圖4 所示。故障前，A 相尾端電流IW有效值約為192A，根據(jù)保護(hù)定值，不平衡電流大于0.369A 時(shí)滿足保護(hù)動(dòng)作條件。由波形可見，不平衡電流大于0.369A 約20ms 后，保護(hù)A 系統(tǒng)H1 橋不平衡保護(hù)動(dòng)作動(dòng)作出口，正確動(dòng)作。

檢查故障時(shí)的保護(hù)B 系統(tǒng)內(nèi)置故障錄波波形，同樣滿足定值要求，正確動(dòng)作。考慮到保護(hù)A、B 系統(tǒng)不平衡電流值采自光CT 不同測點(diǎn)，因而判斷采樣正確、保護(hù)正確動(dòng)作。

4.2 故障原因分析

故障前T613 交流濾波器各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常。該電容器塔為桂容生產(chǎn)的HP12/24 高壓電容器塔，為雙H 橋串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中高壓塔12 層、2 并72 串接線，低壓塔11 層、2 并66 串結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)場測量情況如下圖所示，下層電容器與上層構(gòu)架的放電點(diǎn)間距離約為35cm、層間電壓約為27.6kV（理論計(jì)算值），兩只鳥的身長約27cm、翼展約34cm，略小于放電間距。

根據(jù)上述情況綜合分析，該次事故的發(fā)生過程為：在一只鳥停留在下層電容器表面時(shí)，另一只鳥飛入電容器層間，并觸碰到上層構(gòu)架及停留的鳥，從而導(dǎo)致電容器塔發(fā)生層間短路放電，隨后飛入的鳥被電爆炸并散落到塔下，停留的鳥則相對(duì)完整并掉落在塔下。電容器層間放電后，兩套交流濾波器H1 橋不平衡保護(hù)正確動(dòng)作并跳開T613 開關(guān)。

4.3 現(xiàn)場處理情況

現(xiàn)場對(duì)該塔正面的所有電容器進(jìn)行放電后，對(duì)放電所涉及的電容器、橋臂、電容器極柱絕緣進(jìn)線測量。測量結(jié)果均正常。4個(gè)橋臂電容值測量結(jié)果A1 為1.96μF、A2 為1.96μF、B1 為1.96μF、B2 為1.96μF，電容器組橋臂不平衡度為0%。故此次鳥害未對(duì)電容器塔內(nèi)設(shè)備造成傷害。

5 結(jié)論

此次事件是由于兩只飛鳥進(jìn)入電容器塔導(dǎo)致的電容器層間放電故障，1000kV 交流濾波器T613 H1 橋C 相不平衡保護(hù)動(dòng)作正確動(dòng)作跳閘。泰州換流站地處里下河地區(qū)，環(huán)境適宜飛禽類動(dòng)物居住，三個(gè)月內(nèi)連續(xù)兩次鳥害導(dǎo)致交流濾波器不平衡保護(hù)動(dòng)作跳閘, 雖然配備多種驅(qū)鳥方式，但由于濾波器電容器較高、驅(qū)鳥裝置驅(qū)鳥范圍限制等，驅(qū)鳥效果并不顯著。站內(nèi)仍需繼續(xù)升級(jí)、擴(kuò)展站內(nèi)驅(qū)鳥裝置來降低鳥害跳閘概率、減少鳥害對(duì)設(shè)備造成的傷害。

圖4 故障錄波波形