一起特高壓換流站換流變進(jìn)線(xiàn)CVT 故障的分析與處理

徐浩原,趙 強(qiáng)

(國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司檢修分公司,內(nèi)蒙古 通遼 028000)

引言

電容式電壓互感器(CVT)作為電壓測(cè)量設(shè)備相比于電磁式電壓互感器,具有體積小、維護(hù)方便、故障率低及抑制鐵磁諧振效果好等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于特高壓工程。由于電壓互感器涉及眾多直流控制保護(hù),其自身的安全可靠將直接關(guān)系到特高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此在工程前期設(shè)計(jì)選型、工程建設(shè)階段的施工安裝及驗(yàn)收等環(huán)節(jié)應(yīng)嚴(yán)格抓好質(zhì)量管控,避免在運(yùn)行期間造成單雙極閉鎖事故。

1 故障描述

2020 年 07 月 11 日,某換流站 OWS 報(bào)“極Ⅰ低端換流變過(guò)電壓保護(hù)2 段A 相跳閘”與“極Ⅰ低端換流變過(guò)電壓保護(hù)Y 閉鎖”,極1 低端閥控主機(jī)B(CCP11B)出口跳開(kāi)極1 低端閥組換流變進(jìn)線(xiàn)斷路器。保護(hù)Y 閉鎖動(dòng)作,極1 低端閥組閉鎖。故障前雙極四閥組5700MW 大地回線(xiàn)平衡運(yùn)行,交直流系統(tǒng)正常,站內(nèi)無(wú)操作、無(wú)異常告警。故障未導(dǎo)致功率損失。

2 故障分析

換流變過(guò)電壓保護(hù)采用三取二配置,每套保護(hù)系統(tǒng)測(cè)量回路相互獨(dú)立。保護(hù)分相采集換流變引線(xiàn)CVT 的基波至7 次諧波電壓值,保護(hù)判據(jù)如下：

Ⅰ段過(guò)電壓段：相電壓有效值UacRMS>1.3p.u(397.8kV),延時(shí)500ms,保護(hù)跳閘。

Ⅱ段過(guò)電壓段：相電壓有效值UacRMS>1.5p.u(459kV),延時(shí)20ms,保護(hù)跳閘。

動(dòng)作后果：Ⅰ段和Ⅱ段跳開(kāi)交流進(jìn)線(xiàn)斷路器并執(zhí)行Y 閉鎖。

故障發(fā)生時(shí)刻,極Ⅰ低端換流變?nèi)妆Ｗo(hù)A 相進(jìn)線(xiàn)電壓有效值分別達(dá)到476kV、477kV、479kV,均達(dá)到Ⅱ段過(guò)電壓動(dòng)作定值,延時(shí)20.625ms 出口,達(dá)到20ms 延時(shí)定值,A、B、C 三套保護(hù)均正確動(dòng)作,A 套波形如圖1 所示。

外置錄波中極Ⅰ低端換流變A 相進(jìn)線(xiàn)電壓瞬時(shí)值達(dá)到1104kV,有效值達(dá)到883.6kV,遠(yuǎn)超Ⅱ段過(guò)電壓動(dòng)作定值459kV,保護(hù)Y 閉鎖正確動(dòng)作。500kVXX 1 號(hào)線(xiàn)、XX 2 號(hào)線(xiàn)三相電壓均正常,無(wú)異常波動(dòng)。對(duì)故障錄波進(jìn)行頻譜分析,發(fā)現(xiàn)故障時(shí)刻A 相電壓分次諧波含量較高,1/2 次諧波占比達(dá)到36%,說(shuō)明分頻諧振可能性較大見(jiàn)圖2。

3 故障PT 試驗(yàn)與諧振分析

圖1 極Ⅰ低端換流變保護(hù)A 套故障錄波

圖2 故障波形頻譜分析

根據(jù)上述分析判斷交流進(jìn)線(xiàn)電壓A 相CVT 故障導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作?，F(xiàn)場(chǎng)檢查極Ⅰ低端6 臺(tái)換流變本體、進(jìn)線(xiàn)CVT 本體外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

3.1 介損及電容量試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)A 相CVT 進(jìn)行介損及電容量試驗(yàn),設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果均正常如表1 所示。

表1 介損及電容量試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 油色譜分析試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)A 相CVT 本體進(jìn)行油色譜分析試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果正常見(jiàn)表2。

3.3 絕緣電阻試驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)A 相CVT 二次側(cè)到端子箱電纜進(jìn)行絕緣電阻試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)3n、4a、4n 三根線(xiàn)芯絕緣降低,為 20～30MΩ。對(duì)二次繞組至就地端子箱電纜進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)三根線(xiàn)芯護(hù)套有明顯破損,最嚴(yán)重的為4a 線(xiàn)芯有明顯放電,線(xiàn)芯絕緣層出現(xiàn)明顯過(guò)熱痕跡,確定電纜與進(jìn)線(xiàn)端子箱穿孔長(zhǎng)期磨損導(dǎo)致見(jiàn)圖3。

3.4 解體檢查

18 日對(duì)故障CVT 進(jìn)行廠內(nèi)解體檢查并按出廠試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè),各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與出廠試驗(yàn)和交接試驗(yàn)比對(duì)未發(fā)現(xiàn)異常。同時(shí)檢查電磁單元內(nèi)部接線(xiàn)和外觀,未發(fā)現(xiàn)連接線(xiàn)松動(dòng)和異常放電痕跡,通過(guò)進(jìn)行電磁單元油色譜分析,與07 月11 日故障時(shí)現(xiàn)場(chǎng)所做色譜數(shù)據(jù)基本一致,沒(méi)有乙炔、乙烯等特征氣體,說(shuō)明高壓側(cè)、中壓側(cè)以及電磁單元組部件內(nèi)部無(wú)放電過(guò)程。通過(guò)開(kāi)展高電壓下互感器介損和電容量(1.0puUm)、繞組直流電阻及絕緣測(cè)試(繞組間及對(duì)地)、中間變壓器勵(lì)磁曲線(xiàn)、補(bǔ)償電抗器電感測(cè)量、阻尼器和限幅器性能檢測(cè)、變比及誤差測(cè)量,試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常,說(shuō)明產(chǎn)生諧振的原因不是設(shè)備本體參數(shù)問(wèn)題導(dǎo)致。

進(jìn)行二次短路激勵(lì)下的諧振試驗(yàn)時(shí),出現(xiàn)的波形與07 月11 日故障波形基本契合,說(shuō)明是由于二次回路故障引起的激勵(lì),導(dǎo)致發(fā)生鐵磁諧振。二次側(cè)誘發(fā)下CVT鐵磁諧振試驗(yàn)(1.0puUm)時(shí),進(jìn)行了兩種工況的模擬。

第一次通過(guò)接觸器控制二次側(cè)繞組短路100ms。電壓瞬時(shí)跌落到0,持續(xù)100ms 后(二次側(cè)短路時(shí)間)開(kāi)始起振,震蕩最大峰值達(dá)到1.7pu,持續(xù)3 個(gè)周波后速飽和電抗器迅速將諧振阻尼到正常電壓。第二次模擬,通過(guò)接觸器控制二次側(cè)繞組短路10ms,間隔5ms 后再進(jìn)行第二次繞組短路10ms,從波形來(lái)看第一次短路10ms 后開(kāi)始起振,震蕩峰值達(dá)到1.2pu,持續(xù)5ms 后,電壓跌落(繞組第二次短路),10ms 后開(kāi)始第二次震蕩,震蕩最大峰值達(dá)到1.8pu,分析第二次震蕩幅值更大是由于第一次短路后電磁單元內(nèi)部能量未完全釋放導(dǎo)致。從第一次震蕩到完全阻尼共經(jīng)過(guò)約300ms 如圖4 所示?？梢钥闯瞿M故障波形包括特征頻譜與07 月11 日故障時(shí)波形基本一致,充分說(shuō)明電壓諧振是由于二次側(cè)出現(xiàn)二次瞬時(shí)短路導(dǎo)致。

3.5 諧振原因分析

根據(jù)該CVT 技術(shù)參數(shù),計(jì)算該設(shè)備工頻下感抗約為28997Ω,容抗為28478Ω,感抗略大于容抗,整個(gè)回路呈弱感性。當(dāng)二次側(cè)繞組發(fā)生短路后,中間變壓器激磁電流突增,中間變壓器鐵芯出現(xiàn)飽和,回路感抗減少,當(dāng)下降到XL=XC 時(shí),便滿(mǎn)足了串聯(lián)諧振的條件。當(dāng)發(fā)生諧振后,阻尼時(shí)間隨諧振電壓增大而增長(zhǎng),根據(jù)《電容式電壓互感器的補(bǔ)充技術(shù)要求》(GB/T20840.5-2013),當(dāng)一次側(cè)電壓達(dá)到1.5pu 后,允許的消諧時(shí)間為2s,遠(yuǎn)大于過(guò)壓保護(hù)延時(shí)(1.5pu 下延時(shí)為20ms),因此無(wú)法通過(guò)速飽和電抗器在保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)抑制諧振。

表2 油色譜分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)(μL/L)

圖3 受損電纜及電纜進(jìn)端子箱

圖4 二次側(cè)連續(xù)短路10ms 波形及頻譜分析

3.6 處理措施

現(xiàn)場(chǎng)將A 相CVT 整體拆除,更換為試驗(yàn)合格的整體備品?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)原電纜進(jìn)行了更換。在年度檢修期間對(duì)其他換流變進(jìn)線(xiàn)CVT 電纜及本體改造,對(duì)本體下方穿線(xiàn)管口加裝保護(hù)膠套并用絕緣夾固定電纜,防止與管口接觸如圖5 所示。

圖5 處理后

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述CVT 測(cè)量異常的原因?yàn)樵揅VT 二次繞組電纜受應(yīng)力與金屬外殼(端子箱進(jìn)線(xiàn)孔或電纜金屬管護(hù)套)長(zhǎng)期磨損導(dǎo)致。故障發(fā)生時(shí),電纜破損部位與金屬部位存在兩次瞬時(shí)的接觸,導(dǎo)致電壓瞬時(shí)下降后發(fā)生諧振,同時(shí)由于速飽和電抗器阻尼時(shí)間遠(yuǎn)大于過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作時(shí)間,保護(hù)出口閉鎖閥組?；谝陨蠁?wèn)題,為保障特高壓電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)在運(yùn)及新建工程提出以下措施建議：(1)工程建設(shè)階段在設(shè)計(jì)、施工安裝階段加強(qiáng)審查及質(zhì)量管控,對(duì)同類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行全面排查,電纜穿管或穿孔時(shí)應(yīng)加強(qiáng)防護(hù),應(yīng)在穿線(xiàn)管口加裝保護(hù)膠套并采取有效固定措施防止電纜由于自重或外力作用長(zhǎng)時(shí)間移位磨損。(2)在運(yùn)工程應(yīng)結(jié)合停電檢修對(duì)換流變進(jìn)線(xiàn)CVT 進(jìn)行全面檢查,包括開(kāi)展二次繞組絕緣測(cè)試、芯間絕緣及對(duì)地絕緣測(cè)試。對(duì)絕緣測(cè)試結(jié)果異常或橫向?qū)Ρ茸兓^大的,應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步檢查,必要時(shí)可用內(nèi)窺鏡對(duì)電纜進(jìn)行檢查。(3)在工程驗(yàn)收階段加強(qiáng)驗(yàn)收環(huán)節(jié)管控,細(xì)化驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)收。