無功補(bǔ)償裝置在變電站得到大力推廣及應(yīng)用，效果顯著。然而，由于系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響以及本地使用的無功補(bǔ)償裝置保護(hù)定值設(shè)計不當(dāng)，裝置損壞故障時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全運(yùn)行，如果處理不當(dāng)，事故范圍就將進(jìn)一步擴(kuò)大。
本文通過變電站運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障問題，深入分析了無功補(bǔ)償裝置故障的原因并對無功補(bǔ)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(yùn)行。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化技術(shù)的進(jìn)步，電力網(wǎng)負(fù)荷急劇增大，對電網(wǎng)感性無功要求也與日俱增，為保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，其安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性以及輸送電能的質(zhì)量是最根本的問題[1-3]。無功功率補(bǔ)償是降低功率損耗、保障電網(wǎng)安全運(yùn)行必不可少的措施，具有重要的意義[4-6]。
然而受設(shè)計不當(dāng)、系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響，無功補(bǔ)償裝置損壞事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)運(yùn)行安全[7-8]。如果處理不當(dāng)，事故范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。分析無功補(bǔ)償裝置故障的原因，保證無功補(bǔ)償裝置的可靠運(yùn)行，改進(jìn)無功補(bǔ)償裝置，對于保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義[9-16]。
1 無功補(bǔ)償裝置故障原因分析
近年來，蕪湖地區(qū)發(fā)生多起無功補(bǔ)償裝置損壞事故，嚴(yán)重影響了本地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的安全。經(jīng)過研究分析，我們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響以及本地使用的無功補(bǔ)償裝置保護(hù)定值設(shè)計不當(dāng)是導(dǎo)致裝置損壞事故的原因。以蕪湖地區(qū)220kV YQ變電站35kV無功補(bǔ)償系統(tǒng)典型故障為例，本文詳細(xì)分析系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓影響以及保護(hù)定值設(shè)計不當(dāng)對無功補(bǔ)償裝置的影響。
1.1 系統(tǒng)諧波的影響
220kV YQ變電站地處蕪湖經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，為多家汽車廠、造船廠、空調(diào)廠企業(yè)供電，非線性負(fù)載比較多。廠家啟動大型整流器和電弧爐等“諧波源”時，電力系統(tǒng)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(nèi)部擊穿。
經(jīng)過現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)該地區(qū)電力系統(tǒng)中存在3、5、7次諧波，諧波電流統(tǒng)計報表見表1。
表1 諧波電流統(tǒng)計報表
從表1中可以看出，3、5、7次諧波嚴(yán)重超標(biāo)。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(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)蕪湖地區(qū)FN變等三座變電站無功補(bǔ)償裝置損壞故障時均出現(xiàn)了3、5、7次諧波嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。
1.2 操作過電壓的影響
220kV YQ變電站無功補(bǔ)償裝置故障，斷路器分閘后電弧重燃產(chǎn)生了操作過電壓，導(dǎo)致電容器組整體受損，內(nèi)部單元擊穿，現(xiàn)場主變低壓側(cè)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AVC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(nèi)部單元擊穿后無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。
斷路器在斷開并聯(lián)電容器組時引起的操作過電壓幅值與電力系統(tǒng)的參數(shù)，特別是斷路器特性以及關(guān)合的相角有很大關(guān)系。在某些情況下會概率引起很大的操作過電壓，嚴(yán)重時容易造成電容器組整體受損，內(nèi)部單元擊穿。此外，當(dāng)多組電容器并聯(lián)運(yùn)行時，如果其中某個電容器發(fā)生擊穿，其余電容器就會通過這個電容器放電，該電容器在短時間內(nèi)將產(chǎn)生巨大的熱能使得電容器內(nèi)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(hù)定值的影響
經(jīng)現(xiàn)場檢測，220kV YQ變電站電容器差壓保護(hù)定值的整定值為6V，未按照最新版電容器差壓保護(hù)定值計算方法進(jìn)行核算，保護(hù)裝置沒有可靠動作，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大。
2 無功補(bǔ)償裝置的改進(jìn)措施
通過對蕪湖地區(qū)220kV YQ變電站35kV無功補(bǔ)償系統(tǒng)典型故障進(jìn)行分析后，對其進(jìn)行了相應(yīng)的無功補(bǔ)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)過分析計算后，發(fā)現(xiàn)采用基波感抗為容抗的12%的電抗器串聯(lián)時，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，可有效抑制5次以上的諧波電流。當(dāng)3次以上諧波含量較大時，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)過研究分析，220kV YQ變更換無功補(bǔ)償裝置時，將損壞的電容器組電抗器由原來的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 降低斷路器開斷重燃率
質(zhì)量較好的斷路器可以避免斷路器出現(xiàn)觸頭抖動或分閘電弧重燃現(xiàn)象，可以有效地降低投退電容器組時產(chǎn)生的操作過電壓。
目前，無論是國產(chǎn)品牌，還是進(jìn)口施耐德、ABB等品牌真空斷路器，都會出現(xiàn)分閘重燃的現(xiàn)象。因此，解決該問題最好的辦法，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(hù)定值（略）
根據(jù)電容器組的設(shè)備參數(shù)，對差壓保護(hù)定值進(jìn)行重新計算整定，經(jīng)過整定計算，差壓保護(hù)定值整定為2.5V，動作延時調(diào)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(yùn)行前，對電容器組進(jìn)行嚴(yán)格的檢測試驗(yàn)，及時發(fā)現(xiàn)缺陷并進(jìn)行處理，嚴(yán)防劣質(zhì)電容器組投入運(yùn)行。
2）采用可調(diào)串聯(lián)電抗器，限制無功補(bǔ)償電容器組的合閘涌流和短路電流，降低操作過電壓并有效抑制高次諧波。
3）采用定值合適的電容器護(hù)裝置及其他保護(hù)措施，有效限制電容器組的過電壓和過電流。
結(jié)論
受系統(tǒng)諧波因素、操作過電壓以及本地使用的無功補(bǔ)償裝置保護(hù)定值設(shè)計不當(dāng)?shù)挠绊?，裝置損壞事故時有發(fā)生。本文針對蕪湖地區(qū)無功補(bǔ)償裝置損壞故障，以220kV YQ變電站35kV無功補(bǔ)償系統(tǒng)典型故障為例，進(jìn)行了深入研究，提出了對應(yīng)改進(jìn)措施并取得了良好的效果。
1）當(dāng)變電站所在地區(qū)3次以上諧波含量較大時，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斷重燃率。
3）為了避免保護(hù)裝置誤動作或者不動作，導(dǎo)致事故范圍擴(kuò)大，一定要按照最新版電容器差壓保護(hù)進(jìn)行定值核算。
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