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一起220kV变电站并联电容器装置故障分析

2024-08-06 来源:榕意旅游网
第34卷第2期 电力电容器与无功补偿 Power Capacitor&Reactive Power Compensation 2013年4月 Vo1.34 No.2 Apr.2013 一起220 kV变电站并联电容器装置故障分析 陈薪羽,马维勇 (桂林电力电容器有限责任公司,广西桂林541004) 摘要:某220 kV新建变电站并联电容器装置正常运行时发生三相多台电容器严重损坏的情 况。通过对电容器装置产品质量、操作过电压、系统电压升高、合闸涌流、谐波、电容器装置保 护方面对电容器装置可能出现故障的原因进行分析,认为装置与系统产生4次谐波谐振是本 次故障的起因并得到谐波测试验证,中线点不平衡电流保护整定值太大是本次故障扩大的重 要原因。最后提出相应建议,希望能对电容器装置的安全运行提供一定参考。 关键词:并联电容器装置;谐波;谐振;电抗率;中性点不平衡电流;故障 中图分类号:TM714.3文献标识码:B文章编号:1674—1757(2013)02-0062-06 Fault Analysis on Shunt Capacitor Installation at 220 kV Substation CHEN Xin—yu,MA Wei—yong (Guilin Power Capacitor Co.,Ltd.,Guilin 541004,China) Abstract:The case of serious damage of multiple units of three-phase capacitors occurred during normal operation of shunt capacitor installation at a newly established 220 kV substation.It is thought,throughout analysis of possible faults capacitors from the aspects of quality,operating over voltage,rise of system voltage,switching inrush current,harmonics and fault of capacitor protection device,that the cause of the fauh iS due to the 4th harmonic resonance generated between the device and the system and is veriifed by the harmonic test,and the fault development is mainly caused by the big imbalance.current protection settings at the neutral point.Finally,corresponding suggestions are traised with hope日f p ̄oyiding a definite reference for the safe operation of capacitors. Keywords:shunt capacitor device;harmonics;resonance;reactance ratio;neutral imbalance cur- rent;fault 0 引言 并联电容器装置是目前电网中使用最多的无 功补偿装置,这些并联电容器装置(以下简称装 置)为电力系统稳定安全运行、改善电能质量、降 故措施》中,均有防止装置发生事故的措施要求。 随着并联电容器制造质量的提高,以及运行维护 单位加强了装置的运行维护,装置的可用率逐年 提高。但由于各种原因,装置在现场也有故障发 生。本文通过对某220 kV变电站装置发生的一 低电能损耗、增加输、配电能力等发挥了很好作 用,其可用率对于电网电压调节和降损节能有着 起故障原因分析,提出相应建议,预防故障的再次 发生,事实上,多数情况下的故障是可以避免或是 可以缩小故障范围的¨引。 重要作用。除相关国家标准和行业标准外,无功 补偿装置专家工作组负责组织编制了《预防电容 器装置事故的技术措施》,《国家电网公司十八项 l概述 变电站为新建站,110 kV侧只为电站施工提 电网重大反事故措施》、《中国南方电网公司反事 收稿日期:2012—10-29 ・62・ 2013年第2期 ・运行维护与故障分析・ 陈薪羽,等一起220 kV变电站并联电容器装置故障分析 (总第146期) 供电源,35 kV侧不带任何负荷。已设有4套同型 号电容器装置,为同一厂家2009年8月生产,5 、6 置挂在35 kV 3 母线上(1 一4 号、7 一10 电容器 装置为预留,未装设)。变电站电气一次系统接线 图(部分)如图1所示。 35 kv l 母线 电容器装置挂在35 kV 2 母线上,ll 、l2 电容器装 35 kV 3 母线 —35 kV 2 母线 — - h —) {1_. f曩= —卞呻- -) Ih巾 = 一 —) l-.■ 蒋脯 12 电容器1 l 电容器J() 电容器9 电容器 j 站用变8 电容器7 电容器 电容嚣5 电容器l 电容器2一电容器3 电容器4 电容嚣 N■ —● h 图1变电站电气一次系统接线图(部分) Fig.1 Electrical primary system wiring diagram of substation(partia1) 电容器装置型号为TBB35.10020/334一BLW 确定电容器装置是否投入。省公司电压曲线运行 规定电压要求如下: 0:00—06:59 O7:0O~23:59 228~234 kV; 230—236 kV。 (电抗率均为5%),双星型接线,串联电抗器平装 前置,双星型电容器组共用1个绝缘平台,共3个 绝缘平台,每串电容器并I台放电线圈,2个星型 电容器均配有放电线圈。2011年1月22日装置 15:29合上5 装置345开关(根据省公司 开始投运,按变电站设定为轮流投运,一般投 1套,也有投过2套装置。 每套装置基本配置如下: 并联电容器BAM11—334—1W 30台,有内熔 丝,内电阻,内部元件9并5串。 干式空心串联电抗器CKWK一167/11×2-5 1组。 电压曲线运行规定,电压越下限,站内自行操 作); 16:07拉开5 装置345开关(根据省公司 电压曲线运行规定,电压越上限,站内自行操 作); 16:29合上6 装置346开关(根据省公司 电压曲线运行规定,电压越下限,站内自行操 作); 16:45 35 kV开关场有异常声响,6 装置间隔 有烟雾; 放电线圈FD.11-4.0—1W 12台。 隔离开关GW4D-40.5DW/1250A 1组,4极 联动。 氧化锌避雷器HY5WR-51/134(2 ms方波电 主控室:16:45,事故音响启动; 保护装置动作信息如下: 6 电容器保护控制屏:CSC221B保护。 装置信息显示:保护启动不平衡动作(与后 台监控机保护报文信息一致),BPH (中性点不 平衡电流最大值)=21.95 A;不平衡动作指示灯 流800 A)3支,附放电计数器。 中性点电流互感器LCWD-35W,20/51台。 户外高压六氟化硫断路器LW8.35AG 1组, (用户自备)。 进线处电流互感器LZZBJ8-40.5W,300/5,3 台(用户自备)。 亮,346开关分闸指示灯亮,检查其余设备无保护 启动信息。 2故障经过及现象 2.1故障经过 2011年3月9日,阴天,无雾。由于只要求 保220 kV侧电压,变电站根据220 kV侧电压来 主变故障录波器未启动。 2.2故障现场(部分故障电容器) 故障电容器如图2~5所示。 ・63・ 2013年第2期 ・运行维护与故障分析・ 陈薪羽,等一起220 kV变电站并联电容器装置故障分析 (总第146期) 表1 电容器组的保护整定值、延时 Tab.1 PH di伽setlil ̄and lime delay of capacitor banks 时间(时间:分) 电 ̄./kV 16:15 37.42 16:20 37.63 16:25 37.48 16:30 37.48 16:35 37.79 16:40 37.91 16:45 37.61 根据表1中过电压保护二次整定值115.0 V, PrI'变比(kv/V)0.35,过电压保护一次整定值为 40.25 kV。母线电压最高值为16:40时的37.91 kV, 未达到过电压保护一次整定值40.25 kV,即未达 到1.1倍装置额定电压L9 J,过电压保护亦未动作, 不考虑系统电压升高影响。 3.4合闸涌流 根据文献[10],并联电容器装置的合闸涌流 限值,宜取电容器组额定电流的20倍 ¨;当超过 时,应采用装设串联电抗器予以限制。单组电容 器投人,通常合闸涌流不大。实际上,只要装设有 抑制谐波的串联电抗器,合闸涌流均不会超过电 容器组额定电流的20倍。6 装置发生故障时,为 单组投入,且有5%串联电抗器,可不考虑合闸涌 流影响。 3.5谐波 变电站为新建站,110 kV侧为电站施工提供 电源,35 kV侧不带负荷。变压器近乎空载运行, 无功倒送变压器高压侧,运行工况不合理,极易产 生谐振。 正常运行时发生三相多台电容器严重的损 坏,其巨大的破坏能量应该直接来源于系统 。 根据文献[1O],当电网中的谐波不可忽视 时,应考虑利用电抗器来抑制谐波。为了确定电 抗率,应查明电网中背景谐波含量,以便按不同情 况采用不同的电抗率。为了抑制谐波放大,电抗 器配置原则是:使电容器组接入处的综合谐波阻 抗呈感性。 根据电网背景谐波,电抗率配置范围如下: 1)当电网背景谐波为5次及以上时,电抗率 配置可按4.5%一5%。 2)当电网背景谐波为3次及以上时,电抗率 配置有两种方案:一种是全部电容器组的电抗率 都按12%配置;另一种采用4.5%~5%与12% 两种电抗率相组合。采用两种电抗率进行组合的 条件是电容器组数较多,其目的是节省投资和减 少电抗器自身消耗的容性无功(相对于全部采用 12%的电抗器)。由于装置采用5%电抗率配置, 不但对小于5次的谐波电流不起抑制作用,而且 有可能对小于5次的谐波电流形成放大,甚至 谐振 13-15 3。 当分组电容器按各种容量组合运行时,应避 开谐振容量,不得发生谐波的严重放大和谐振,电 容器支路的接入所引起的各侧母线的任何 次谐 波量均不应超过国家现行标准《电能质量一公用 电网谐波》GB/T 14549_l 的有关规定。 发生谐振的电容器容量,根据文献[10]中 公式: Q :Sa( 一 ) n 式(1)中,Q 为发生 次谐波谐振的电容器 容量(Mvar);S 为并联电容器装置安装处的母线 短路容量(MVA);n为谐波次数,即谐波频率与 电网基波频率之比;K为电抗率。 将Qcx=10.02 Mvar,Sd=43 X 35×22.3= 1351.9 MVA,K=5%代人式中,得n=4.17。 (22.3 kA是最大短路电流,最小短路电流数据我 们未得到)。 根据式(1)推断,在最小短路电流值下计算 得到的n应小于4。这表明,补偿容量设置接近 谐振容量,装置与系统产生4次谐波谐振应该是 本次故障的起因。 后来电业局请电科院进行了谐波测试,发现 4次谐波电流含量仅次于5次,证实装置与系统 产生4次谐波谐振是本次故障的起因。 测试当天16:29合上6 装置前,挂在同一母 线上的5 装置,15:29合上,16:07拉开,为什么能 正常运行呢?系统运行在最大运行方式和最小运 行方式之间,在16:45时系统参数与6 装置参数 刚好匹配,发生并联谐振损坏,而5 装置躲过了 谐振点,能正常运行。 ・65・ 2013年第2期 电力电容器与无功补偿 第34卷 3.6电容器装置保护 电容器装置一般配有过电压保护、失压保护、过 电流保护、电流速断保护、故障不平衡保护L1 ,本装 置故障不平衡保护采用中性点不平衡电流保护。 保护装置型号为:CSC一221B(测量CT变比 (kA/A)0.06,PT变比(kV/V)0.35)。 装置的主要保护配置、整定值见表2。 表2 电容器组的保护整定值、延时 Tab.1 Protection setting value and delay of capacitor banks 根据文献[4]中表D-2内熔丝电容器组不平 衡保护计算公式,按内熔丝熔断8根,完好元件过 电压达3.94倍,中性点不平衡电流(二次)值为1. 06 A。而从表2中看到装置中性点不平衡电流保 护整定值为1.9 A,保护整定值太大,相当于单台电 容器已开路,导致三相多台电容器严重的损坏后, 保护才启动不平衡动作,BPH (中性点不平衡电 流最大值)达到了21.95 A。因此,中性点不平衡 电流保护整定值太大是本次故障扩大的重要原因。 4结论及建议 通过故障原因分析及谐波测试结果,可以认 为装置与系统产生4次谐波谐振是本次故障的起 因,中线点不平衡电流保护整定值太大是本次故 障扩大的重要原因,因此建议如下: 1)电抗率配置应使装置接入处综合谐波阻 抗呈感性。由于还有3组同容量的并联电容器装 置一直安全运行,更改分组电容器容量以避开谐 振容量不现实,因此必须采用12%电抗率配置电 容器组,以避免谐振损坏电容器问题的再次发生。 建议将本次故障装置改造成12%电抗率配置电 容器组,否则该站不宜再运行5%电抗率配置电 容器组。以后新增预留的装置时,分组电容器按 各种容量组合运行时,应避开谐振容量,不得发生 谐波的严重放大和谐振。 .66. 2)调整保护整定值。按国网公司招标文件 中标准技术参数表,在继电保护整定计算中,完好 元件允许过电压倍数≤1.3,按内熔丝熔断两根, 元件过电压1.23倍,整定值应为O.08 A。建议 按元件过电压1.23倍整定中性点不平衡电流保 护,中性点不平衡电流值宜取O.O8 A。 3)建议对故障装置的外表无异常电容器进 行电容器极间75%耐压试验、极对壳75%耐压试 验和电容值测量,符合要求者可继续使用;不合格 者更换新电容器。 参考文献 [1]李胜川,高殿滢.一起66 kV电容器故障的分析及预防措 施[J].电力电容器与无功补偿,2O09,30(3)51-56. LI Sheng—chung,GAO Dian—ying.Analysis and precaution of a 66 kV capacitor failure[J].Power Capacitor&Reac— tive Power Compensation,2009,30(3):51-56. [2]梁义明,史明彪.66 kV高压并联电容器故障分析[J]. 电力电容器与无功补偿,2009,30(2):41 . LIANG Yi・ming,SHI Ming—biao.Analysis of the fault in 66 kV high voltage shunt capacitors[J].Power Capacitor &Reactive Power Compensation,2009,30(2):4l . [3]宋佳,杨永山,姜琦,等.一起并联电容器装置爆炸事 故浅析及改进措施[J].电力电容器与无功补偿, 2012,33(2):73-76. SONG Jia,YANG Yong—Shah,JIANG Qi,et a1.Analysis and improvements of an explosion accident of shunt ca— pacitor[J].Power Capacitor&Reactive Power Compen- sation,2012,33(2):73-76. [4]王耀,党红阁,张建军.枢纽变电站主负荷侧110 kV 无功补偿装置及应用[J].电力电容器与无功补偿, 2012,33(4):1-5. WANG Yao,DANG Hong—ge,ZHANG Jina-jun.1 10 kV reactive power compensation device and its application at the main load side of hub substation『J].Power Capacitor &Reactive Power Compensation,2012,33(4):1-5. [5]王春杰,祝令瑜,汲胜昌,等.高压输电线路和变电站雷 电防护的现状与发展[J].电瓷避雷器,2010(3):35—46. WANG Chun ̄ie,ZHU Ling—yu,JI Sheng—chang,et a1. Present and development of lightning protection for HV transmission lines and substations[J].Insulators and Surge Arresters,2010(3):35_46. 『61DL/T 804--2002.交流电力系统金属氧化物避雷器使 用导则[S]. DL/T 840--2002.Application guide of metal oxide surge 2013年第2期 ・运行维护与故障分析・ 陈薪羽,等arresters for a.c.power system[S]. 一起220 kV变电站并联电容器装置故障分析 (总第146期) auto compensation instllaation harmonic ampliifcation [7]刘凯,刘方,刘岩,等.结合预测方法在避雷器带电测 试中的应用[J].电瓷避雷器,2012(1):61-69. LIU Kai,LIU Fang,LIU Yan,et a1.Application of eombi- nating prediction techniques in on—line measurement of [J].Power Capacitor&Reactive Power Compensation, 2009,30(1):12—15. [14]林林,李永东,王建伟,等.500 kV串联补偿装置过电 压保护研究[J].电力电容器与无功补偿,2012, 33(5):38-44. LIN Lin,LI Yong—dong,WANG Jian—wei,et a1.Study on overvohage protection for 500 kV se ̄es compensation metal oxide aiTester[J].Insulators and Surge Arresters, 2012(1):61 . [8]黄建国,陈亮,董莉娜,等.变电站用lO kV避雷器运行 状态在线监测装置的研制[J].电瓷避雷器,2012(4): 85-90. devices[J]_Power Capacitor&Reactive Power Compen— sation,2012,33(5.)38-44. HUANG Jian—guo,CHEN Liang,DONG Li・na,et a1. Development of or ̄-line monitoring device for 10 kV MOA [15]刘文泽,蔡泽祥,冯顺萍.并联电容器组中电容器击穿的 特征分析与仿真研究[J].高压电器,2O09,45(5 ̄73-76. LIU Wen—ze,CAI Ze—xiang,FENG Shun—ping.Charac・ teristic analysis and simulation of power capacitor break— used in substation[J].Insulators and Surge Arresters, 2012(4):85-90. [9]10kV一66 kV并联电容器运行规范[s].国家电网公 司,2005. down in shunt capacitor bank[J].High Voltage Appara— tus,2009,45(5):73-76. [1O]GB/T 50227--2008.并联电容器装置设计规范[s]. GB/T 50227--2008.Code for design of installation of [16]GB/T 14549--1993.电能质量公用电网谐波[s]. GB/T 14549--1993.Quality of electric energy supply- shunt capacitors[S]. [11]DL/T 6( ̄--1996.高压并联电容器装置订货技术条件[s]. DL/T 6O4—1996.Speciifcation of high—voltage shunt harmonies in public supply network[S]. [17]SDJ 25—1985.并联电容器装置设计技术规程(试 行)[s]. 作者简介: capacitor instlalations orf order[S]. [12]周存和.并联电容器及其成套装置[M].北京:中国 电力出版社,2008. 陈薪羽(1978一),女,工程师,从事电力电容器技术 研究工作。 [13]沈东方,张华.10 kV无功自动补偿装置的谐波放大分 马维勇(1971一),男,高级工程师,从事电力电容器 技术研究工作。 析[J].电力电容器与无功补偿,2009,30(1):12—15. SHEN Dong—fang,ZHANG Hua.Analysis of 10 kV var (上接第57页) 国电力 版社,2004. YANG Yang,HUANG wen—long,XU Qiang.The experi— mental study ofthe fault of secondary current display of a [10]王振东.最新电力、电网无功补偿新技术与无功补偿 装置选型设计安装及运行控制实用手册[M].北京: 中国水利水电出版社,2006. cT in het iflter set fo a converter station[J].Power Capaci— tor&Reactive Power Compensation,2012,32(4):74_78. [13]严璋,朱德恒.高电压绝缘技术[M].北京:中国电力 版社,2007. [11]侯杰,谢远伟.电力电容器损坏原因与抑制措施研 究[J].电力电容器与无功补偿,2010,31(5):55—57. HOU Jie,XIE Yuan—wei.Study on damage causes of pow— [14]周泽存,沈其工,方瑜,等.高电压技术[M].北京:中 国电力出版社,2007. 作者简介: er capacitor nd apreventive measures[J].Power Capacitor &Reactive Power Compensation,2010,31(5):55-57. 彭东(1979一),男,技师,从事直流换流站运行检修 工作。 [12]杨洋,黄文龙,许强.某换流站交流滤波场CT二次电 流显示故障的试验查因及分析[J].电力电容器与无 功补偿,2012,32(4):74-78. 陈安明(1977一),男,工程师,从事高电压输变电设 备状态诊断的研究。 欢迎投稿! 欢迎订阅! 欢迎刊登广告! ・67・ 

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