某220kV母线CVT故障分析

2010-06-15兰基升王海滨侯向红

河北水利电力学院学报 2010年3期

兰基升,李明,王海滨,侯向红

(沧州供电公司,河北沧州 061000)

1 故障简要情况

2009年 6月 20日,在操作某 220 kV变电站 1号主变及 21CVT由冷备用转运行,合 21-7刀闸时,在 21-7刀闸三相刀口处出现弧光,其中C相弧光较A、B两相弧光大。同时,1号主变控制屏“中压侧后备保护电压切换回路失压”、“后备保护装置故障或告警保护 2装置报警闭锁或 TA、TV断线”、“低压侧零序过电压高中低压侧报警”,2号主变控制屏“后备保护动作直流消失或告警”,站用电控制屏“低压减载 PT断线”光字牌亮。测量 220 kVⅠ母CVT二次电压,A、B相电压正常,C相电压为 26 V,后测 C相电压为0 V,测量 220 kVⅡ母CVT二次C相电压为 38 V,A、B相电压正常,于是先后将21CVT、22CVT转成检修状态。

事故后,在录波图上反映出的情况为,在21-7刀闸操作的瞬间,220 kV母线电压升高,电压的瞬时幅值A、B、C三相接近 180 V且为非正弦波形,在很短的时间内 A、B两相电压的幅值衰减为正常值,C相的电压经过较长的时间(相对于 A、B两相)电压的幅值衰减为0 V。

2 试验及分析、检查情况

在对21CVTC相、22CVTC相进行进一步检查试验时,发现均是C11、C12测量数据正常,C2测不出数据,二次绝缘偏低 ,二次直阻正常,一次直阻异常(见表 1、表 2)。

表1 21CVT、22CVT的 C相故障前后试验数据

表2 21CVT、22CVTC相直流电阻测试值 Ω

3 解体情况及故障原因分析

我们对 21CVTC相、22CVTC相进行了解体检查,在拆开油箱法兰螺栓吊起分压器时,油箱内部有大量的气体从法兰处喷出并带有有机物烧焦的气味,油箱内部油面上有大量的气泡。把电容分压器单元吊下后发现,并在补偿电抗器上放电间隙和陶瓷限流电阻已烧毁,放电间隙的一个电极引出片已和放电间隙由于焊锡溶化而脱开,另一个电极由于焊锡溶化而移位。分压器下法兰中间变压器的高压引出线的小套管油面以上部分有严重的烧灼痕迹。放电间隙的外表已有一层碳化物,刮除碳化物后,用1000 V的兆欧表测量其绝缘电阻为零。随后,对放电间隙进行解剖,解剖时发现放电间隙的内部已充满绝缘油,说明其密封状态已破坏,打开放电间隙后,发现间隙的两个电极有明显的放电烧蚀痕迹,间隙之间的云母绝缘隔片已碳化。而后,对外附的谐振阻尼器进行了解体,解体时发现谐振阻尼器的电阻丝已断开。

从当时操作出现的异常情况和事故录波图情况及事故后的现场试验情况来看,在用21-7刀闸给21CVT充电时,由于 21-7刀闸的不同期及刀闸的合闸速度较慢,而导致21-7刀闸A、B、C相出现燃弧,且C相的燃弧时间较长,从而引发21CVT、22CVT出现谐振现象。

对于电容型电压互感器来说,由于回路内有电容和非线性电感(中间变压器的激磁电感),任何电容器和带铁芯电抗器所组成的系统都可能产生铁磁谐振,电容型电压互感器的回路就具备这个条件,在过渡过程中产生的过电压作用下,中间变压器磁密产生饱合,激磁电感下降,回路的固有频率将上升到额定频率的 1/3、1/5、1/7等分频谐波,视回路参数的不同,可能出现某一分频谐波振荡,常见的是 1/3次谐波振荡,由于电源不断地供给能量,回路中若没有适当阻尼,将会产生持续的分次谐波铁磁振荡,其过电压的幅值可达额定电压的2～3倍。因此,虚假的信息将传到二次仪表和继电器的保护装置,并且过电压的持续作用将危害中间变压器的绝缘,只靠变压器的直流电阻来阻尼振荡是微不足道的。所以,必须在电容型电压互感器的回路中加装阻尼装置。整个阻尼装置接于电容型电压互感器的额定电压为100 V的二次绕组(af xf)上,电容器和电抗器在额定的频率下调整到并联谐振状态,因而阻尼器回路在正常运行时呈现高阻抗,但是由于调谐不可能十分理想以及电源不可避免地含有少量的高次谐波成分,有很小的电流流过电阻,它对运行的影响可以忽略不计。当分次谐波的铁磁谐振出现后,LC并联谐振条件破坏,流过阻尼回路电流迅速增大,由于在阻尼回路中有阻尼电阻的存在,阻尼电阻将消耗掉流过阻尼回路的大电流,便可以有效地阻尼振荡的持续发展。

从解体的情况来看,阻尼器内电阻丝断裂的可能有两种情况,一是在21-7刀闸合闸时,由于燃弧时间较长且阻尼器的电阻丝存在薄弱点,在大电流的作用下阻尼器内的电阻丝断开失去阻尼作用。二是阻尼器内的电阻丝在长时间的运行中多次遭遇到由于投切CVT时产生的铁磁谐振在阻尼回路中产生的过流,使电阻丝失去原有的机械应力强度而断裂,尤其是在外界环境寒冷时发生的可能性最大,在天气寒冷的情况下,一旦阻尼器的电阻丝上流过较大的电流时,电阻丝必然发热而变软延长,在大电流消失后阻尼电阻丝由于环境温度很低就必然收缩,在多次以上原因的作用下电阻丝断开,也就是说在此次故障之前阻尼器内的电阻丝已断,阻尼器失去了阻尼作用。在此次操作时产生的铁磁谐振由于阻尼器不能起到阻尼作用,使铁磁谐振持续,在CVT的回路中产生过电压和过电流,烧毁了并在补偿电抗器的保护放电间隙和保护电阻。