两起消弧线圈系统故障案例分析

2013-03-15徐青龙

电力工程技术 2013年4期

徐青龙，吴炜

(常熟市供电公司，江苏常熟215500)

目前，我国6～35 kV的电网大多采用中性点不接地方式运行，该接地方式在电网发生单相接地故障时，由于电源三角形未遭到破坏，相关规程规定该类电网在发生该类故障后可继续运行2 h，大大提高了电网供电可靠性[1]。随着城市配电网的快速发展，出线中的电缆所占比例越来越高，电网的电容电流越来越大，在发生单相接地时，极易发生弧光接地过电压，产生高达3.5倍相电压的过电压，可能导致非故障相设备绝缘薄弱点发生击穿[2]。为了补偿电网单相接地时过大的电容电流，中性点不接地系统都安装了消弧线圈，通过消弧线圈产生的电感电流来补偿单相接地时的电容电流，降低了接地残流，减小了故障相恢复电压速度。降低了谐振过电压发生的概率，进一步提高了电网的供电可靠性[3]。

消弧线圈自动跟踪补偿装置根据电感量的调整方式分为调匝式、高短路阻抗变压器式、调容式、直流偏磁式、调隙式等；根据运行方式又分为预调式和随调式。现场应用较多的是以思源公司为代表的预调式调匝式消弧线圈和以智光公司为代表的随调式高短路阻抗变压器型消弧线圈[4]。

1滤波异常故障案例

110 kV芦荡变10 kV消弧线圈采用的是随调式高短路阻抗型，其控制装置从2012年2季度开始经常报“滤波异常”故障。厂家说明书中指出“滤波异常”的含义是消弧装置检测到消弧线圈一次阻抗（接地变压器中性点一次电压除以消弧线圈一次侧电流）超出消弧阻抗的范围，用于检查滤波回路及电压互感器、电流互感器回路是否正常。适时进行了停电现场处理，用继电保护测试仪对电压互感器、电流互感器进行了检查，测量回路正常。就地控制柜封板拆除，对所有一次设备外观进行检查，无异常。后在接地变压器中性点加30 V模拟电压，控制装置马上报“滤波异常”，此时中点电流为117.7 mA。

消弧线圈基本情况：型号KD-XH01-300/10.5，编号 090480304，容量 300 kV·A，电压 6 062 V，电流 49.5 A，出厂日期2009年4月，本消弧线圈的中点阻抗为950±250 Ω。其消弧线圈的电气简图如图1所示。

图1消弧线圈电气简图

拆除消弧线圈2个二次线圈端子a1x1和a2x2与外围电路包括晶闸管和LC滤波回路的所有连接，在消弧线圈一次侧AX加压30 V，装置仍报“滤波异常”，中点电流117 mA，计算得到此时消弧线圈一次阻抗为=256 Ω，而其正常空载阻抗为=7 513 Ω。其中1.63%为其空载电流百分数。对消弧线圈进行相关试验，直流电阻试验数据如表1所示。

表1直流电阻试验数据表

由于消弧线圈3个绕组均为铜导线，3个绕组的温度应该基本一致。那么直流电阻仅随环境温度而变化，且3个数据的增量应该基本一致。从2012年2月的试验数据看出3个绕组的增量都在-3%左右，判断为正常。而2012年8月的数据看出，低压2个绕组的增量均为+6%左右，而高压绕组增量仅为不到2%，根据铜导线直流电阻温度换算公式：

式（1）中：235为换算系数；R1为t1温度时的直流电阻；R2为t2温度时的直流电阻。

将 t1=23 ℃，R1=0.003 419 Ω，R2=0.003 639 Ω 代入式（1）计算得 t2=39.6℃；将 t1=23℃，R1=0.028 38 Ω，R2=0.029 88 Ω 代入式（1）计算得 t2=36.6 ℃；将 t1=23 ℃，R1=1.335 Ω，R2=1.36 Ω 代入式（1）计算得 t2=27.8℃；当时环境温度为34℃，而且接地变压器刚停运不久，消弧线圈高压绕组温度不可能低于36℃，因此可初步判定消弧线圈高压绕组直流电阻有偏小的缺陷。进一步进行了变比试验，其额定变比为12.12，试验数据如表2所示。

表2变比试验数据

2个变比试验数据都变小5%左右，说明要么2个二次绕组匝数都增加，要么一次绕组匝数减少，结合直流电阻数据，可以初步判定一次绕组出了现匝间短路故障。

用空载试验项目进行验证，加压侧为二次a2x2绕组，出厂时二次绕组试验电压加到500 V，空载电流为9.751 A。而现场试验时，a2x2绕组上的电压加到10 V时，空载电流为5.13 A，电压加到20 V时，空载电流为10.352 A，电压加到28.29 V时，空载电流已达14 A，在这么低的励磁电压下，空载电流异常增大，证明了绕组中出现了短路匝，亦即验证了匝间短路故障的性质。至此故障原因查明，系因为消弧线圈一次绕组出现匝间短路而导致一次交流阻抗降低，控制装置根据采集到的电压、电流值计算得到一次阻抗超出950±250 Ω范围（现已变为250 Ω），于是给出“滤波异常”告警。

2接地变过流保护动作跳闸案例

由于受到台风"海葵"的影响，常熟地区于2012年8月8日开始普降暴雨伴10级大风，110 kV龙江变1X1站用变压器10 kV侧开关因故跳闸。作为该变电站的主要站用电源，其工作可靠性至关重要。倘若另一站用变进线电源也因台风出现异常，将导致全站失去交流电源的重大缺陷。该消弧线圈仍是高短路阻抗型，电气试验人员对站用变压器和消弧线圈进行了相关试验和仔细检查，未发现一次设备有任何异常。继电保护人员检查保护动作情况，为B相电流Ⅱ段动作，定值为1.5 A，实际动作值为1.7 A。对保护定值进行检查和相关传动试验均正常。

该接地变压器开关柜中的电流互感器为不完全星形接线方式，即和普通出线柜一样，仅A相、C相分别装有2只电流互感器，二次上是将a相、c相电流矢量和接入b相[5]。检查到消弧线圈控制装置时，发现最近一次接地补偿电流是148 A，而该电流是从中性点电流互感器测量到的，是从消弧线圈一次绕组中通过的零序电流，开关柜中电流互感器变比为300∶5，每相启动值1.5×

=90 A。从保护接线知 Ib=-（Ia+Ic）148≈1.7×60＞90 A与保护测量值相符。因A相、C相均未能够达到动作定值，所以最终由B相正确动作。

保护的动作没有问题，那如此大的补偿电流是怎么来的？在线路发生单相接地时，控制装置应根据电容电流投入相应电感电流进行补偿，而此次控制装置却直接投入了最大补偿电感电流，有失控的嫌疑，经检查发现消弧装置控制器脉冲板上R3电阻烧坏，导致可控硅基本全开，更换一只新控制板后，消弧线圈投运至今均正常运行。对该问题的解决措施是考虑保护配置方面的优化，采用全星形三电流互感器方式比较合适。