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無(wú)功補償裝置在變電站得到大力推廣及應用，效果顯著(zhù)。然而，由于系統諧波因素、操作過(guò)電壓影響以及本地使用的無(wú)功補償裝置保護定值設計不當，裝置損壞故障時(shí)有發(fā)生，嚴重影響了電網(wǎng)的安全運行，如果處理不當，事故范圍就將進(jìn)一步擴大。

本文通過(guò)變電站運行過(guò)程中出現的故障問(wèn)題，深入分析了無(wú)功補償裝置故障的原因并對無(wú)功補償裝置進(jìn)行改進(jìn)，使之能充分發(fā)揮作用，安全并可靠運行。

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展和現代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負荷急劇增大，對電網(wǎng)感性無(wú)功要求也與日俱增，為保證電力系統的穩定運行，其安全性、可靠性、經(jīng)濟性以及輸送電能的質(zhì)量是最根本的問(wèn)題[1-3]。無(wú)功功率補償是降低功率損耗、保障電網(wǎng)安全運行必不可少的措施，具有重要的意義[4-6]。

然而受設計不當、系統諧波因素、操作過(guò)電壓影響，無(wú)功補償裝置損壞事故時(shí)有發(fā)生，嚴重影響了電網(wǎng)運行安全[7-8]。如果處理不當，事故范圍將進(jìn)一步擴大。分析無(wú)功補償裝置故障的原因，保證無(wú)功補償裝置的可靠運行，改進(jìn)無(wú)功補償裝置，對于保證電網(wǎng)的安全穩定運行具有重要意義[9-16]。

1  無(wú)功補償裝置故障原因分析

近年來(lái)，蕪湖地區發(fā)生多起無(wú)功補償裝置損壞事故，嚴重影響了本地區電網(wǎng)運行的安全。經(jīng)過(guò)研究分析，我們發(fā)現系統諧波因素、操作過(guò)電壓影響以及本地使用的無(wú)功補償裝置保護定值設計不當是導致裝置損壞事故的原因。以蕪湖地區220kV YQ變電站35kV無(wú)功補償系統典型故障為例，本文詳細分析系統諧波因素、操作過(guò)電壓影響以及保護定值設計不當對無(wú)功補償裝置的影響。

1.1  系統諧波的影響

220kV YQ變電站地處蕪湖經(jīng)濟開(kāi)發(fā)區，為多家汽車(chē)廠(chǎng)、造船廠(chǎng)、空調廠(chǎng)企業(yè)供電，非線(xiàn)性負載比較多。廠(chǎng)家啟動(dòng)大型整流器和電弧爐等“諧波源”時(shí)，電力系統中將含有較大的高次諧波，對電流的影響很大。這種諧波電流非常容易引起電容器擊穿，引發(fā)相間短路及內部擊穿。

經(jīng)過(guò)現場(chǎng)測試發(fā)現該地區電力系統中存在3、5、7次諧波，諧波電流統計報表見(jiàn)表1。

表1  諧波電流統計報表

從表1中可以看出，3、5、7次諧波嚴重超標。諧波電流引起的附加絕緣介質(zhì)損耗將加快電力電容器絕緣的老化速度。此外，經(jīng)統計分析發(fā)現蕪湖地區FN變等三座變電站無(wú)功補償裝置損壞故障時(shí)均出現了3、5、7次諧波嚴重超標現象。

1.2  操作過(guò)電壓的影響

220kV YQ變電站無(wú)功補償裝置故障，斷路器分閘后電弧重燃產(chǎn)生了操作過(guò)電壓，導致電容器組整體受損，內部單元擊穿，現場(chǎng)主變低壓側故障錄波圖如圖1所示。

圖1  故障錄波圖

電容器組斷路器在A(yíng)VC控制下合閘成功，其合閘故障濾波圖如圖2所示。

圖2  合閘故障錄波圖

從圖2中可以看出，電容器組整體受損，內部單元擊穿后無(wú)法承受正常額定電壓，致使A相4只電容器直接擊穿，C相3只電容器套管斷裂，引起大面積滲油。

斷路器在斷開(kāi)并聯(lián)電容器組時(shí)引起的操作過(guò)電壓幅值與電力系統的參數，特別是斷路器特性以及關(guān)合的相角有很大關(guān)系。在某些情況下會(huì )概率引起很大的操作過(guò)電壓，嚴重時(shí)容易造成電容器組整體受損，內部單元擊穿。此外，當多組電容器并聯(lián)運行時(shí)，如果其中某個(gè)電容器發(fā)生擊穿，其余電容器就會(huì )通過(guò)這個(gè)電容器放電，該電容器在短時(shí)間內將產(chǎn)生巨大的熱能使得電容器內的油分解并產(chǎn)生大量氣體，造成殼體損壞甚至爆炸。

1.3  保護定值的影響

經(jīng)現場(chǎng)檢測，220kV YQ變電站電容器差壓保護定值的整定值為6V，未按照最新版電容器差壓保護定值計算方法進(jìn)行核算，保護裝置沒(méi)有可靠動(dòng)作，導致事故范圍擴大。

2  無(wú)功補償裝置的改進(jìn)措施

通過(guò)對蕪湖地區220kV YQ變電站35kV無(wú)功補償系統典型故障進(jìn)行分析后，對其進(jìn)行了相應的無(wú)功補償裝置改進(jìn)措施，并取得了良好的效果。

2.1  串聯(lián)電抗器

經(jīng)過(guò)分析計算后，發(fā)現采用基波感抗為容抗的12%的電抗器串聯(lián)時(shí)，可有效抑制3次諧波電流。采用基波感抗為容抗的4.5%～6%的電抗器串聯(lián)時(shí)，可有效抑制5次以上的諧波電流。當3次以上諧波含量較大時(shí)，選擇12%與4.5%～6%的混合電抗器串聯(lián)可有效抑制高次諧波電流。

經(jīng)過(guò)研究分析，220kV YQ變更換無(wú)功補償裝置時(shí)，將損壞的電容器組電抗器由原來(lái)的5%電抗率更換為12%電抗率，取得了良好的效果，有效地抑制了3次諧波電流。

2.2  降低斷路器開(kāi)斷重燃率

質(zhì)量較好的斷路器可以避免斷路器出現觸頭抖動(dòng)或分閘電弧重燃現象，可以有效地降低投退電容器組時(shí)產(chǎn)生的操作過(guò)電壓。

目前，無(wú)論是國產(chǎn)品牌，還是進(jìn)口施耐德、ABB等品牌真空斷路器，都會(huì )出現分閘重燃的現象。因此，解決該問(wèn)題最好的辦法，是選用滅弧效果更好、重燃率極低的SF6斷路器。

2.3  整定保護定值（略）

根據電容器組的設備參數，對差壓保護定值進(jìn)行重新計算整定，經(jīng)過(guò)整定計算，差壓保護定值整定為2.5V，動(dòng)作延時(shí)調整為0.1s。

2.4  其他措施

1）確保并聯(lián)電容器組的質(zhì)量。投入運行前，對電容器組進(jìn)行嚴格的檢測試驗，及時(shí)發(fā)現缺陷并進(jìn)行處理，嚴防劣質(zhì)電容器組投入運行。

2）采用可調串聯(lián)電抗器，限制無(wú)功補償電容器組的合閘涌流和短路電流，降低操作過(guò)電壓并有效抑制高次諧波。

3）采用定值合適的電容器護裝置及其他保護措施，有效限制電容器組的過(guò)電壓和過(guò)電流。

結論

受系統諧波因素、操作過(guò)電壓以及本地使用的無(wú)功補償裝置保護定值設計不當的影響，裝置損壞事故時(shí)有發(fā)生。本文針對蕪湖地區無(wú)功補償裝置損壞故障，以220kV YQ變電站35kV無(wú)功補償系統典型故障為例，進(jìn)行了深入研究，提出了對應改進(jìn)措施并取得了良好的效果。

1）當變電站所在地區3次以上諧波含量較大時(shí)，選擇12%與4.5%～6%的混合電抗器串聯(lián)可有效抑制高次諧波電流。

2）選擇SF6斷路器可以有效地降低斷路器開(kāi)斷重燃率。

3）為了避免保護裝置誤動(dòng)作或者不動(dòng)作，導致事故范圍擴大，一定要按照最新版電容器差壓保護進(jìn)行定值核算。

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