一起35 kV 母線電壓不平衡故障的處置

杜衛(wèi)仕，王瑞虎，胡松華

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司保山供電局，云南 保山 678000）

1 事故經(jīng)過(guò)

2022 年6 月26 日，220 kV 某變電站接到地調(diào)通知，后臺(tái)頻繁發(fā)生35 kV 母線保護(hù)啟動(dòng)報(bào)警。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)，發(fā)現(xiàn)35 kV 母線保護(hù)裝置報(bào)警燈亮起，保護(hù)裝置也啟動(dòng)，I 母TV 還出現(xiàn)了斷線的情況。在檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，首先提出TV 可能存在問(wèn)題的假設(shè)。隨后測(cè)量TV 的二次空氣開(kāi)關(guān)參數(shù)，并將測(cè)量結(jié)果與測(cè)控裝置進(jìn)行對(duì)照比較。根據(jù)表1 的數(shù)據(jù)，可看出現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量電壓與測(cè)控裝置測(cè)量電壓基本一致。二次專業(yè)人員檢查保護(hù)測(cè)控裝置，未發(fā)現(xiàn)異常，因此判斷該問(wèn)題源于一次設(shè)備。檢修人員通過(guò)開(kāi)關(guān)柜觀察窗觀測(cè)35 kVⅠ段母線電壓互感器柜內(nèi)部一次設(shè)備，避雷器泄漏電流顯示正常，通過(guò)氣味、目測(cè)以及聽(tīng)取放電聲未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。后通過(guò)220 kV #1 主變低壓側(cè)數(shù)據(jù)推斷是該TV 存在諧振現(xiàn)象。在嘗試改變電壓不平衡狀態(tài)的過(guò)程中，運(yùn)行人員決定先斷開(kāi)220 kV #1 主變低壓側(cè)301 斷路器，等待一段時(shí)間后再合上，以期改變潛在的諧振狀態(tài)。然而，此項(xiàng)操作后35 kVⅠ組母線電壓不平衡的狀態(tài)并未改變。在沒(méi)有停電的情況下，排查工作只能暫告一段落，進(jìn)一步調(diào)查須進(jìn)行斷電試驗(yàn)。

表1 35 kV I 段母線電壓（不平衡時(shí)） V

2 事故原因分析

2.1 TV 因素分析

TV 本身存在問(wèn)題，例如繞組接頭松動(dòng)、繞組內(nèi)部短路等，導(dǎo)致輸出信號(hào)失真，從而影響了母線電壓的準(zhǔn)確測(cè)量。

TV 與測(cè)控裝置之間存在線路故障，例如接觸不良、斷線、短路等，導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際值不一致，從而影響母線電壓的準(zhǔn)確測(cè)量。

TV 二次側(cè)空氣開(kāi)關(guān)存在問(wèn)題，例如接觸不良、斷路等，導(dǎo)致二次側(cè)輸出信號(hào)失真，從而影響測(cè)控裝置對(duì)母線電壓的準(zhǔn)確測(cè)量。

TV 參數(shù)選擇不當(dāng)，例如額定電壓與實(shí)際運(yùn)行電壓不匹配，從而導(dǎo)致輸出信號(hào)失真，影響母線電壓的準(zhǔn)確測(cè)量[1-2]。

2.2 系統(tǒng)電容參數(shù)影響因素分析

投入低壓并聯(lián)電抗器后，由于其對(duì)電網(wǎng)容升效應(yīng)進(jìn)行了補(bǔ)償，會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)容抗變小，感抗變大，進(jìn)而可能引起電壓上升。

退出低壓并聯(lián)電抗器后，由于其對(duì)電網(wǎng)容升效應(yīng)的補(bǔ)償作用消失，電網(wǎng)容抗變大，電網(wǎng)感抗變小，可能導(dǎo)致電壓下降。

2.3 試驗(yàn)分析

2022 年7 月7 日，試驗(yàn)檢修班對(duì)220 kV 某變電站35 kVⅠ段母線TV 勵(lì)磁特性進(jìn)行了一次試驗(yàn)。試驗(yàn)涵蓋了TV 變比、勵(lì)磁特性以及絕緣試驗(yàn)，同時(shí)也對(duì)避雷器進(jìn)行了絕緣、直流參考電壓、泄露電流試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，TV 和避雷器的運(yùn)行狀態(tài)均未顯示異常情況。但在熔斷器直流電阻測(cè)試中發(fā)現(xiàn)C相熔斷器直流電阻存在異常，數(shù)據(jù)如表2 所示。初步推測(cè)，這是由于TV 的熔斷器損壞導(dǎo)致的電壓不平衡所致。

表2 35 kV Ⅰ段母線電壓互感器熔斷器阻值測(cè)量結(jié)果

根據(jù)熔斷器數(shù)據(jù)分析，35 kVⅠ段母線電壓互感器C 相熔斷器已經(jīng)熔斷。從不同電壓下的絕緣電阻數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，該熔斷器在高電壓下絕緣電阻明顯降低，進(jìn)入高值電阻電壓導(dǎo)通狀態(tài)，因此C 相電壓能夠被采集。

根據(jù)表3 所示數(shù)據(jù)可以得出如下結(jié)論：在熔斷器熔斷之前和之后，A 相和B 相的相電壓未出現(xiàn)明顯的變化。然而，C 相TV 的熔斷器損壞導(dǎo)致了C相電壓的上升。同時(shí)，由于C 相電阻增大，相角也發(fā)生了變化。如表4 顯示，C 相串聯(lián)的熔斷器電阻增大導(dǎo)致該相阻抗的變化，C 相電壓從超前A 相119°的正常值變?yōu)槌癆 相141°。

表3 35 kV Ⅰ段母線電壓幅值 kV

表4 35 kV Ⅰ段母線電壓相位 （°）

2.4 事故原因總結(jié)

本次事故的主要原因主要包括2 個(gè)方面，具體情況分析如下。

2.4.1 熔斷器熔斷

該熔斷器發(fā)生熔斷是由于發(fā)生了鐵磁諧振。在中性點(diǎn)不接地的電力系統(tǒng)中，當(dāng)系統(tǒng)處于三相對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，TV 中存在著高值的勵(lì)磁阻抗。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗具有一定的電容性質(zhì)，對(duì)中性點(diǎn)的位移產(chǎn)生了阻礙作用，導(dǎo)致中性點(diǎn)的位移趨于零。然而當(dāng)系統(tǒng)遇到雷擊、過(guò)電壓、沖擊電流、負(fù)荷變動(dòng)、接地故障等因素干擾時(shí)會(huì)讓TV 激發(fā)勵(lì)磁涌流導(dǎo)致TV 三相鐵芯飽和，使中性點(diǎn)發(fā)生位移。在TV 的鐵芯達(dá)到飽和狀態(tài)后，其電抗值會(huì)迅速減小，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)對(duì)地阻抗轉(zhuǎn)變?yōu)楦行?。在這種情況下，如果容性阻抗和感性阻抗在特定頻率下相互匹配，將引發(fā)諧振現(xiàn)象。因此35 kV I 段母線TV的C 相由于鐵磁諧振引發(fā)熔斷器熔斷，使C 相電壓測(cè)量不準(zhǔn)確，導(dǎo)致保護(hù)持續(xù)動(dòng)作[3-4]。

2.4.2 變壓器設(shè)計(jì)不合理

如圖1 繞組連接圖所示，某變壓器設(shè)計(jì)時(shí)低壓側(cè)有出線間隔，故參數(shù)設(shè)計(jì)不同且采用星型不接地方案，實(shí)際投運(yùn)后無(wú)出線。該方案將導(dǎo)致低壓側(cè)繞組中的三相對(duì)地電容參數(shù)失衡，引起低壓側(cè)繞組中性點(diǎn)的電位漂移，導(dǎo)致低壓側(cè)三相對(duì)地電壓不對(duì)稱。所考慮的變壓器為高阻抗變壓器，其連接組別為YNyn0yn0d11，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是所有工作繞組均采用星形連接。為了使變壓器能夠獲得與施加電壓波形相匹配的正弦磁通，通常在變壓器內(nèi)部添加1 個(gè)三角形接法的穩(wěn)壓繞組，用于提供三次諧波電流的流通路徑。該繞組通常不負(fù)載工作，并通過(guò)單根或雙根套管引出（該變壓器通過(guò)2 根套管接地）。在變壓器正常運(yùn)行時(shí)，引出套管始終可靠接地。圖1、圖2 顯示了主變繞組的結(jié)構(gòu)和分布電容，由于變壓器的平衡繞組C 相的首端cs 和A 相的尾端xs 直接短接接地，導(dǎo)致低壓繞組與平衡繞組之間的集中電容參數(shù)和低壓繞組的三相對(duì)地集中電容參數(shù)失衡。電容失衡的具體表現(xiàn)是35 kV 低壓繞組的A 相對(duì)地集中電容參數(shù)偏小，C 相對(duì)地集中電容參數(shù)偏大，而B(niǎo) 相對(duì)地集中電容參數(shù)位于A 相和C 相之間。當(dāng)?shù)蛪豪@組的中性點(diǎn)未接地時(shí)，中性點(diǎn)的電位將發(fā)生漂移，導(dǎo)致35 kV 低壓繞組的三相電壓失衡。不平衡電壓的顯示情況是A 相電壓偏高，C 相電壓偏低，而B(niǎo) 相電壓位于A 相和C 相電壓之間，這與前文中35 kV 母線TV 的后臺(tái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)相一致。

圖1 繞組連接示意圖

圖2 主變繞組結(jié)構(gòu)和分布電容示意圖

3 事故處理及預(yù)防措施

針對(duì)前文對(duì)事故原因的分析，處理及預(yù)防可從以下2 個(gè)方面進(jìn)行。

3.1 預(yù)防熔斷器熔斷

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)當(dāng)中，TV 損毀有很大一部分原因是由于鐵磁諧振引起的，其抑制主要靠消耗諧振能量來(lái)實(shí)現(xiàn)，諸如使用柔性接地裝置注入最佳消諧電流、利用有源濾波器裝置實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)電壓控制[5]、調(diào)節(jié)TV 開(kāi)口三角阻尼等手段進(jìn)行抑制。而采用預(yù)防措施來(lái)實(shí)現(xiàn)鐵磁諧振，現(xiàn)階段可以采用以下方式：

在TV 的旁路電路中加入諧振抑制電抗器或諧振抑制電容器等裝置，降低系統(tǒng)的諧振頻率。

對(duì)于存在潛在鐵磁諧振的TV，可以通過(guò)改變其勵(lì)磁特性來(lái)改變諧振條件，從而避免鐵磁諧振[6]。

對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)了鐵磁諧振的TV，可采用補(bǔ)償電感或改變系統(tǒng)參數(shù)等方式來(lái)減小諧振現(xiàn)象。

預(yù)防措施的選擇應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行綜合考慮，并且須考慮到其對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性等方面的影響。本次事故后，站方的處理辦法是更換TV 相關(guān)元器件來(lái)杜絕此類事件的發(fā)生。

3.2 變壓器參數(shù)調(diào)整

本次事故中，主變?cè)O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)存在缺陷，導(dǎo)致三相繞組對(duì)地電容不平衡，進(jìn)而引發(fā)了三相相電壓的不平衡情況。但變壓器的接線方式、繞組參數(shù)是在設(shè)計(jì)時(shí)確定的，對(duì)于服役中的變壓器無(wú)法修改。建議后期通過(guò)新建接地電抗器等補(bǔ)償設(shè)施來(lái)克服設(shè)計(jì)缺陷。在本次事故后，變電站方面選擇新裝35 kV并聯(lián)電抗器組以改善該問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)一起變電站的母線電不平衡引發(fā)的事故進(jìn)行詳細(xì)地分析，介紹由于鐵磁諧振引起的事故處理方法，指出變壓器本身存在的缺陷須通過(guò)后期新裝電抗器組來(lái)解決。同時(shí)運(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)理論學(xué)習(xí)，不斷提升業(yè)務(wù)能力，電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行離不開(kāi)每一個(gè)電力人的努力。