一起变电站故障录波装置频繁启动分析

陈志明

【摘 要】故障录波装置是电力系统中分析事故的重要工具。其对系统中的异常状态也有一定的监测作用，本文从电压互感器高压熔断器熔断引起的电压异常，分析了一起故障录波器频繁启动的原因，并就电压互感器高压熔断器熔断的原因进行了分析，提出了消除高压熔断器熔断的故障隐患措施。

【关键词】故障录波；高压熔断器；电容器；谐波

0.前言：

故障录波器在系统发生故障及扰动时，能迅速启动录波，采集系统故障电气量，记录电网中各种故障及扰动发生的过程，为分析故障和检测电网运行情况提供依据，在提高电力系统运行水平起到重要的作用；故障录波器非正常频繁启动，会造成报警通道堵塞，影响正常监盘及故障录波装置的工作，所以应及时查找故障录波频繁启动的原因，消除故障。

1. 故障录波频繁启动原因分析

2008年3月，我站一次系统中无扰动及故障，#2、#4变压器故障录波每隔半小时甚至几分钟就启动一次；#2、#4变压器故障录波的频繁启动，刚开始时以为是系统扰动所致，后来每隔半小时甚至几分钟就启动一次，引起了我们的注意。

故障录波的启动方式应保证在系统发生任何类型故障时，故障录波器都可靠地启动。一般包括以下启动方式：负序电压 、低电压、过电流、零序电流、零序电压、开关量、保护启动等条件；

我站#2、#4变压器故障录波器录波范围主要为#2、#4主变的三侧开关之间范围及相应的35kV Ⅱ、Ⅳ母线设备；我们进入#2、#4变压器故障录波器查看启动的原因，发现启动信息显示为#2主变变低低电压启动，查看低电压启动定值为51.9V；其中#2主变变低低电压为35kV Ⅱ母线PT电压。

在35kV母线所有电抗器投入的时候，35kV母线电压会偏低，进而故障录波可能会因为母线的低电压启动录波，而此时35kV Ⅱ母线所有电抗器都未投入，故障录波因电压低而频繁启动，我们在监控上面对比了几条35kV母线的电压，显示35kV Ⅱ母线比其他母线电压有偏低幾千伏（35kVⅠ母线为34.1kV、35kVⅡ母线为31.2kV、35kVⅢ母线为34.2kV），而500kV、220kV侧是并列运行的，35kV侧都无投入电抗器组，初步判断是35kV Ⅱ母线电压存在异常。

为了防止测控装置故障导致监控电压显示异常，我们到场地的端子箱对35kV母线的三相电压进行了测量，得出三段母线各相二次对地电压数据如下：

其他几条母线的电压二次都正常，三相平衡，在测量35kV Ⅱ母线电压的时候，在断开PT二次侧空开后，测量其输出电压，其中UA为56.7V、UB为51.7V、UC为56.6V，合上PT二次侧空开带负荷后，在接口屏测得电压为UA为56.6V、UB为50.5V、UC为57V，发现B相电压在二次侧较其他两相电压明显低了5伏，并比故障录波的启动定值51.9V低，检查二次回路端子箱上面的相关端子并未发现松动，我们分析导致电压偏低的原因有：1、电压互感器的一次熔断器烧断或损坏导致电阻增大；2、电压互感器二次绕组故障；3、电压互感器二次空开脱扣；4、系统有单相接地。

由于PT三相电压有两相电压正常，B相电压偏低，则可以判断为非接地故障。而电压偏低相电压值未降低为零，检查二次空开也未跳开，二次回路端子也未见松动，则可排除二次空开脱扣原因。而当电压互感器高压熔丝单相熔断或损坏导致电阻增大时，熔断相对地电压降低，由于相间线圈的互感，熔断相还会有一定的感应电压，而非熔断相为正常电压。经过分析，认为PT一次熔断器烧坏的可能性比较大。

在向调度申请将PT转检修后，将PT一次三相熔断器拆下来，用万用表测量三相的熔断器电阻，发现B相的熔断器电阻明显偏大，为此我们将损坏的B相熔断器更换同型号的熔断器装上，注意熔断器额定电流要与原来的相同，新更换的熔断器电阻要与原两相熔断器的电阻要平衡；完成更换熔断器工作后，对PT进行了相关试验未发现异常，即向调度申请将PT由检修转运行，测量PT的二次电压正常，三相平衡，故障录波频繁启动现象消失。

2. PT高压熔断器频繁损坏原因分析

然而在2008年6月、9月相继在其他35kV母线再次发生PT高压熔断器损坏的情况，其中一次引起母差接地告警信号；频繁的PT熔断器损坏引起了我们的重视，引起PT高压熔断器故障的主要原因有：

1） 一次系统发生单相接地，产生弧光接地过电压[1]；

2）PT本身内部出现单相接地或匝间、层间、相间短路故障；

3）二次负载过重，将导致电压互感器一、二次熔断器熔断；

4） PT二次侧发生短路，而二次侧熔断器未熔断，造成高压熔断器熔断；

5） 一次系统运行环境变化，出现铁磁谐振，引起电压互感器一、二次侧熔断器熔断。

由于系统中并无接地故障，可排除第一种情况；而每次PT高压熔断器更换后对PT本体进行试验，都无发现异常，则可排除第二种情况；测量PT二次并未发生接地、短路现象，二次负荷也正常，所以可以排除第三、四种情况。那么就可以基本确定是铁磁谐振引起的一次熔断器损坏。

系统出现非线性负荷挂网运行的时候，将在电网产生电压与电流的畸变。此时的谐波源相当于一个很大的电流源，其产生的谐波电流加在系统感抗和电容器组的容抗之间，形成并联回路。当电网系统感抗等于电容器容抗时即wL=l/wc，将形成并联谐振。此时并联回路总阻抗相当于无穷大，谐波电流流经阻抗无穷大回路时候，将产生无穷大的谐波电压，当电路发生由谐波激励的串联谐振时，电路的阻抗，电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。

在系统进行操作或发生故障时，变压器、互感器等含铁芯元件的非线性电感元件与系统中电容串联可能引起铁磁谐振，对电力系统安全运行构成危害。在中性点不接地的非直接接地系统中，铁磁式电压互感器引起的铁磁谐振过电压是常见的，是造成事故较多的一种内部过电压。

在发生连续高压熔断器熔断的月份中，都为高温高负荷季节，35kV母线设备的主要操作为电容器的投切操作，经统计，每日每段母线需投切电容器最多的次数达到9台/次，因此投退电容器的操作是引起铁磁谐振过电压的主要原因。图1及图2分别为系统与电容器并联谐振原理图及转化等效电路。

并联电容器组用来改善系统的功率因素和调压。[4]当系统存在谐波时，电容器可能与系统的感性部分组合，在一定的频率下，形成串联或并联谐振，电容器投入在电压已经发生畸变的电网时，可能使电网的谐波加剧，对谐波进行严重放大，而多组电容器短时间内连续投入，将使得放大的谐波再次叠加，与系统的感抗耦合，形成谐振过电压或过电流，严重危害电容器本身和其附近的电气设备的安全。

3.建议采取措施

經分析，我站35kV PT高压熔断器容易烧坏的原因主要是连续投切电容器使得谐波的放大及叠加，导致产生谐振过电压。为防止并联电容器对谐波放大的措施危及系统运行和设备安全，应采取以下措施：

1） 在并联电容器电路中串接电抗器。这是有效降低电容器对谐波放大的主要措施。

2） 在谐波源附近装设交流滤波装置或有源滤波器，用以吸收谐波电流，使谐波电流不能进入系统。

3） 提高系统和设备的抗谐波能力，设法改变互感器的感抗或系统对地容抗，避免匹配成谐振参数。

4）加装电容器谐波保护装置，当系统因投切电容引起的谐波放大达到整定值时，能及时切除相应的电容器组，防止谐波被进一步放大，引起系统谐振。

5）注意连续投入电容器的时间间隔，由于谐波具有衰减性，当投入一组电容器时，放大的谐波会随时间而衰减，所以应在投入同一母线第二组电容器时应间隔数分钟，防止谐波的叠加产生而引起系统谐振。

4.归纳总结

故障录波启动的方式有很多种，当其频繁启动时，要留意其启动的原因，是否设备的故障导致其启动，由于35kV电压互感器一次熔断器烧坏的时候，由于感应电压的存在，该相电压不会很明显下降，需通过对比相邻相及相邻母线电压；而频繁的PT熔断器故障源于投入电容器时引起的谐波放大及叠加，作为运行人员应控制连续投入同一母线电容器组的间隔时间，避免系统谐振的发生而导致高压PT熔断器的损坏。

对于一些非故障信号的频繁启动要引起重视，不能因为该信号不影响系统运行或系统中无明显故障而对此麻痹，进而忽略了一些隐患的设备缺陷，要查找出引起改信号启动的根本原因，及时消除隐患。

参考文献：

[1]电力系统谐波-基本原理、分析方法和滤波设计 2011年，机械工业出版社，GeorglJ.Wakilch.

[2]电力系统高次谐波，1998年，中国电力出版社 吕润馀.

[3]谐波的抑制与利用， 2000年，电网技术 张 峰.

[4]电网并联电容器组对谐波的放大分析 1999 年 南昌水专学报 张兴旺.