李 寧,高 飛,吳明鋒
(1.大唐太原第二熱電廠,山西 太原 030032;2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司計(jì)量中心,山西 太原 030032;3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001)
電容式電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況及故障分析
李 寧1,高 飛2,吳明鋒3
(1.大唐太原第二熱電廠,山西 太原 030032;2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司計(jì)量中心,山西 太原 030032;3.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001)
以國(guó)內(nèi)首條1 000 kV晉東南—南陽(yáng)—荊門特高壓交流輸電線路中山西省內(nèi)的多起電容分壓式電壓互感器設(shè)備故障為背景,整理各典型案例,分析其故障表現(xiàn)形式,并利用建立的電容分壓式電壓互感器的模型,結(jié)合電容分壓式電壓互感器的多種實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)故障情況,并應(yīng)用matlab_simulink進(jìn)行仿真,分析研究出某些失常情況時(shí)可能出現(xiàn)的問題,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作人員在處理故障時(shí)有一定的反饋指導(dǎo)作用。
電容分壓式電壓互感器;誤差特性;matlab_simulink仿真
電壓互感器是電力系統(tǒng)中必不可少的用于保護(hù)和計(jì)量的單元之一。隨著特高壓,超高壓輸電系統(tǒng)的出現(xiàn),傳統(tǒng)的電磁互感式電壓互感器在絕緣、體積、質(zhì)量、價(jià)格、磁飽和等上的不足日益突出。新一代光學(xué)電壓互感器易受環(huán)境溫度的影響,工藝尚不成熟[1]。在高壓電力量測(cè)系統(tǒng)中由于電容分壓式電壓互感器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能良好,目前其作為高壓輸變電電力系統(tǒng)一次側(cè)電壓輸入傳感設(shè)備已經(jīng)得到廣泛地應(yīng)用,而現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行工況復(fù)雜,電容分壓式電壓互感器工作狀態(tài)也受工況的好壞發(fā)生變化,其特性不僅直接影響繼電保護(hù)能否正確動(dòng)作,同時(shí)也對(duì)變電站的計(jì)量工作有一定的影響。
電容分壓式電壓互感器主要有載波電容C,高壓電容C1,中壓電容C2,補(bǔ)償電抗L,阻尼器D,中間變壓器T,保護(hù)器件P等組成。
根據(jù)電容分壓式電壓互感器的工作原理及應(yīng)用實(shí)踐,其故障主要集中在電容器及中間變壓器支路上,導(dǎo)致其發(fā)生故障的原因可大致歸納為電容分壓式電壓互感器本身的質(zhì)量故障、各種原因引起的過電壓、接地不良、密封不嚴(yán)等[3]。本文以電容擊穿及中間變壓器故障為典型進(jìn)行介紹。
2017年2月某變電站工作人員發(fā)現(xiàn)神雁線三相電壓數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比明顯偏大,檢修試驗(yàn)人員接到通知后立即趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行缺陷排查。工作人員測(cè)量后發(fā)現(xiàn)主電容和分電容的實(shí)測(cè)電容量與設(shè)備銘牌給的初始值比較,明顯偏高。
當(dāng)電容C1或C2被擊穿后二次側(cè)測(cè)量電壓、保護(hù)電壓、計(jì)量電壓數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比較就會(huì)出現(xiàn)兩種表現(xiàn)形式,一種如表1所示,三相同時(shí)變化;一種如表2所示,一相或兩相發(fā)生變化。
表1 神雁I線、II線500 kV母線相電壓比較
表2 母線電壓測(cè)試數(shù)
根據(jù)對(duì)雁同站500 kV故障電容分壓式電壓互感器進(jìn)行解體分析,按每個(gè)單元電容量相同計(jì)算,高壓電容C1當(dāng)擊穿1個(gè)電容單元,電容量增大0.228%,二次電壓升高0.217%[4]。下面在matlab_simulink中驗(yàn)證上述結(jié)論。假設(shè)高壓電容C1有部分被擊穿,根據(jù)實(shí)際參數(shù)仿真得實(shí)驗(yàn)圖如圖1所示。
圖1 C1部分被擊穿和正常情況下二次側(cè)電壓仿真圖
虛線代表C1有部分被擊穿后二次側(cè)電壓波形圖,實(shí)線表示正常情況下二次側(cè)電壓波形圖。從仿真也可以看出,當(dāng)C1被擊穿時(shí)二次側(cè)電壓與正常歷史數(shù)據(jù)比較會(huì)明顯增加,根據(jù)電壓升高的值可以計(jì)算出擊穿電容單元的數(shù)量,這對(duì)工作人員排查電容分壓式電壓互感器故障有一定的指導(dǎo)作用。
2016年9月,某變電站工作人員發(fā)現(xiàn)500 kV母線L2相電容分壓式電壓互感器二次側(cè)電壓失壓。工作人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后首先檢查L(zhǎng)2相電容分壓式電壓互感器得外觀無(wú)異常,然后進(jìn)行介質(zhì)損耗和電容值測(cè)量實(shí)驗(yàn),在應(yīng)用進(jìn)行自激法測(cè)量分壓電容器介質(zhì)損耗和電容值時(shí)發(fā)現(xiàn),在升壓過程中,二次繞組電流很快達(dá)到保護(hù)的整定值15 A,此時(shí)電壓僅為0.3 kV,這與常規(guī)情況不符合。但在對(duì)L1相進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)電壓升到0.3 kV時(shí)電流為4 A,與往常實(shí)驗(yàn)相同。初步斷定L2相中間變壓器存在問題。
為了進(jìn)一步確定問題,對(duì)L2相中間變壓器進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量實(shí)驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)L2相電容分壓式電壓互感器中間變壓器一次側(cè)對(duì)地的絕緣電阻為10 MΩ,遠(yuǎn)小于相同實(shí)驗(yàn)條件下L1相一次側(cè)對(duì)地的絕緣電阻450 MΩ。由此斷定L2相電容分壓式電壓互感器中間變壓器一次側(cè)與地之間的絕緣已被擊穿[5]。在仿真中表現(xiàn)為L(zhǎng)t、Rt的值遠(yuǎn)遠(yuǎn)減小,仿真實(shí)驗(yàn)圖如圖2所示。
圖2 電容分壓式電壓互感器中間變壓器絕緣正常和被擊穿二次側(cè)電壓仿真圖
鑒于近幾年電容分壓式電壓互感器故障的多發(fā)性以及造成的不良影響,針對(duì)電容分壓式電壓互感器的故障運(yùn)行值班人員可以從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)。
a)加強(qiáng)二次電壓監(jiān)控。當(dāng)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較異常時(shí),加強(qiáng)監(jiān)控,對(duì)二次電壓進(jìn)行橫向和縱向比較,并及時(shí)安排停電試驗(yàn)。根據(jù)雁同站500 kV故障電容分壓式電壓互感器解體,按每個(gè)單元電容量相同計(jì)算,高壓電容C1當(dāng)擊穿1個(gè)電容單元,電容量增大0.228%,二次電壓升高0.217%。
b)加強(qiáng)電容分壓式電壓互感器的紅外診斷工作。電容單元和電磁單元故障都會(huì)引起異常溫升,通過紅外診斷可及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷。
c)規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。嚴(yán)格按照《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》開展巡檢和試驗(yàn)項(xiàng)目;排除接線方式、電磁場(chǎng)、外絕緣表面狀態(tài)等干擾;為了提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,歷次試驗(yàn)盡量采用同樣試驗(yàn)方法、接線方式和測(cè)試儀器。
[1] 李一泉.電容式電壓互感器(CVT)對(duì)超(特) 高壓輸電線路保護(hù)影響的研究 [D].杭州:浙江大學(xué),2006:10.
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Application and Fault Analysis of Capacitive Voltage Transformer
LI Ning1,GAO Fei2,WU Mingfeng3
(1.Datang Taiyuan No.2 Thermal Power Plant,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Metering Center,Taiyuan,Shanxi030032,China;3.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute,Taiyuan,Shanxi030001,China)
Faults occurred many times on capacitor voltage-dividing voltage transformers on Jingdongnan-Nanyang-Jinmen UHV AC transmission lines of Shanxi section.Through analyzing the faults characteristics and combined with actual fault cases on site,simulations are carried out.As a result,some problems when anomalyhappens are studied and summed up,which could provide references for those personnel on site.
capacitor voltage-dividingvoltage transformer;error characteristics;Matlab-simulink simulation
TM451+.2
B
1671-0320(2017)06-0022-03
2017-05-31,
2017-10-13
李 寧(1985),男,山西太原人,2008年畢業(yè)于中北大學(xué)通訊工程專業(yè),助理工程師,從事熱工及計(jì)量專業(yè)工作;高 飛(1982),男,山西文水人,2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué)自動(dòng)化專業(yè),碩士,高級(jí)工程師,從事電測(cè)計(jì)量專業(yè)工作;
吳明鋒(1985),女,浙江湖州人,2010年畢業(yè)于太原理工大學(xué)英語(yǔ)專業(yè),碩士,工程師,從事電力科技查新工作。