對220kV雙閘變電站長期誤發(fā)10kV單相接地現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了變電站消弧線圈容量不足，造成長期欠補(bǔ)償運(yùn)行的現(xiàn)象。對此進(jìn)行了技術(shù)分析，計算出消弧線圈容量的缺少量并選擇最優(yōu)的改造方案，為老舊變電站的消弧線圈容量過渡性改造提供了經(jīng)濟(jì)安全的選擇。

相關(guān)新聞：

一起變電站110kV斷路器電動拒絕分閘的分析與處理

0、引言

隨著電纜在配電網(wǎng)中的大量使用，系統(tǒng)電容電流大幅度增長。對于中性點不接地系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生單相接地時，由于電容電流較大，弧光不能自熄，造成跳閘事故率上升，嚴(yán)重危脅著電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

220kV雙閘變電站是南京河西奧體地區(qū)的一個重要電源點，其10kV出線直供周邊的用戶。奧體周邊的經(jīng)濟(jì)發(fā)展一直很快，2014年南京的青奧會，更是讓周邊的基礎(chǔ)建設(shè)及用電需求突飛猛進(jìn)。24面10kV出線柜已全部投運(yùn)，其中有5條出線是雙拼出線，實際出線29回，近期又新增了6回出線柜。所有的10kV線路均是全電纜出線，電容電流非常大。本文針對220kV雙閘變電站長期誤發(fā)10kV單相接地現(xiàn)象進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)了變電站消弧線圈容量不足，造成長期欠補(bǔ)償運(yùn)行的現(xiàn)象，對此進(jìn)行了技術(shù)分析，并提出了改造方案。

1、故障的發(fā)生

2012年4月17日上午9時左右，220kV雙閘變電站10kVⅡ段母線接地動作，母線三相電壓分別為UA=10.21 kV，UB=0.38 kV，UC=10.51kV，選線裝置顯示新城2號線251線路單相接地、恢復(fù)頻發(fā)。試?yán)鲁?號線251后接地消失，對新城2號線251線進(jìn)行絕緣測試，無異常，巡視也未發(fā)現(xiàn)異常，中午12時試送正常。在處理故障時發(fā)現(xiàn)10kV XHK-Ⅱ型消弧線圈自動調(diào)諧及接地選線成套裝置的人機(jī)界面顯示：“2號消弧線圈容量過小，當(dāng)前擋位12擋，已到最大擋，上調(diào)無效!”(見圖1)，過后又顯示正常，擋位在12擋，電容電流86.04 A。

2013年220kV雙閘變電站發(fā)生多起10kV母線單相接地、恢復(fù)頻發(fā)現(xiàn)象，表現(xiàn)為母線三相電壓不平衡(兩相偏高，一相偏低)，后臺監(jiān)控系統(tǒng)判斷為母線接地故障，但經(jīng)拉合10kV線路后接地消失，電壓恢復(fù)平衡。線路單相接地、恢復(fù)頻發(fā)現(xiàn)象發(fā)生時間不固定，原因不清楚。為排查原因需運(yùn)行人員按故障處理流程巡視檢查，費(fèi)時費(fèi)力，找出發(fā)生故障的根本原因。

圖1 消弧線圈控制裝置圖

2、雙閘變電站消弧線圈自動調(diào)諧裝置介紹

220kV雙閘變電站10kV系統(tǒng)采用的是上海思源公司生產(chǎn)的XHK-Ⅱ型消弧線圈自動調(diào)諧及接地選線成套裝置。由于220kV雙閘變電站是南京河西奧體地區(qū)的一個重要電源點，其10kV出線直供周邊的用戶。10kV 24面出線柜已全部上滿，其中有5條出線是雙拼出線，實際出線29回，近期又新增了6回出線柜。所有的10kV線路均是全電纜出線，系統(tǒng)對地電容電流非常大，10kV系統(tǒng)采用經(jīng)接地變壓器中性點消弧線圈接地方式。

220kV雙閘變電站消弧線圈成套裝置采用的是預(yù)先調(diào)節(jié)式補(bǔ)償方式，即：系統(tǒng)正常運(yùn)行時，消弧線圈預(yù)先調(diào)節(jié)，備在補(bǔ)償位置;單相接地故障時，消弧線圈零延時進(jìn)行補(bǔ)償。在回路中增加阻尼電阻可防止系統(tǒng)振蕩時諧振過電壓產(chǎn)生。而當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，中性點流過很大的電流，這時阻尼電阻的保護(hù)單元動作，阻尼電阻被短接，流過消弧線圈的電感性電流與流入接地點的電容性電流相位相反，電感性電流對電容性電流進(jìn)行補(bǔ)償，從而消除弧光接地過電壓。

阻尼電阻的保護(hù)投退由一套可控硅設(shè)備控制，當(dāng)阻尼電阻兩端電壓大于可控硅觸發(fā)電壓時，可控硅觸發(fā)，迅速將阻尼電阻短接，系統(tǒng)電壓恢復(fù)正常達(dá)到可控硅返回值時，阻尼電阻投入。

3、故障原因分析

3.1根據(jù)調(diào)諧原理分析故障原因

由阻尼電阻投退原理可知，正常情況下可控硅應(yīng)不會觸發(fā)動作，但如果10kV母線三相負(fù)荷不平衡較嚴(yán)重，正常運(yùn)行狀態(tài)下中性點位移電壓就比較大，一旦系統(tǒng)發(fā)生變化就會造成阻尼電阻非正常短接，這時由于消弧線圈已處于補(bǔ)償狀態(tài)(即XC=XL)，系統(tǒng)諧振條件具備，中性點位移電壓將急劇升高。同樣，如果可控硅返回電壓設(shè)置不當(dāng)，會造成可控硅觸發(fā)后無法返回，阻尼電阻無法再次投入，引發(fā)系統(tǒng)諧振。

220kV雙閘變電站消弧線圈系統(tǒng)主要配置如表1所示。由表1可知220kV雙閘變電站消弧線圈容量配置不足，已接近補(bǔ)償極限，系統(tǒng)不對稱電壓正常情況下均在260V左右，可控硅觸發(fā)電壓為270V，系統(tǒng)運(yùn)行方式改變或三相負(fù)荷出現(xiàn)較大變化時均會造成系統(tǒng)不對稱電壓增大，引起可控硅觸發(fā)并短接阻尼電阻。系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障后由于可控硅返回電壓偏小，阻尼電阻將無法再次投入，以上兩點可以解釋線路單相接地、恢復(fù)頻發(fā)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

3.2補(bǔ)償容量不足的計算

欠補(bǔ)償是指運(yùn)行中線圈電感電流IL小于系統(tǒng)電容電流IC的運(yùn)行方式。當(dāng)0空載電纜電容電流的計算方法有以下兩種：

1) 根據(jù)單相對地電容，計算電容電流：

式中：Up為電網(wǎng)線電壓，kV;C為單相對地電容，F(xiàn)，一般電纜的單位電容為200~400 pF/m。

2) 根據(jù)經(jīng)驗公式，計算電容電流：

式中：Up為電網(wǎng)線電壓，kV;L 為電纜長度，km。

若采用第二種計算方法，雙閘變電站10kVⅡ段母線上的所有出線總電容電流ICΣ=0.1×10×90.825=90.825(A) (L由10kVⅡ段母線上的所有出線電纜長度疊加,再考慮未投運(yùn)的3條出線電纜的長度得出) 。

消弧線圈容量應(yīng)主要根據(jù)系統(tǒng)單相接地故障時電容電流的大小來確定，并應(yīng)留一定裕度，以適應(yīng)系統(tǒng)今后的發(fā)展和滿足設(shè)備裕度的要求等。消弧線圈的容量可按式(3)確定：

式中：Q 為消弧線圈的容量, kVA;UN 為系統(tǒng)標(biāo)稱電壓，kV;IC 為對地電容電流，A。

根據(jù)式(3)，雙閘變電站消弧線圈容量

4、改造方案及實施

通過上述分析得知，虛假接地現(xiàn)象的成因有兩個：一是變電站出線較多，系統(tǒng)電容電流較大，而消弧線圈容量偏小，消弧線圈補(bǔ)償裕度不足;二是系統(tǒng)正常運(yùn)行時中性點位移電壓較大，阻尼電阻保護(hù)可控硅觸發(fā)返回電壓偏小，造成正常運(yùn)行時阻尼電阻短接或無法返回，本文重點對后一種原因進(jìn)行分析。

消弧線圈補(bǔ)償裕度不足，可通過消弧線圈增容改造處理，但投資較大。中性點位移電壓較大，其根本原因是三相負(fù)荷不平衡造成的，變電站投運(yùn)后負(fù)荷情況復(fù)雜，處理難度更大。如原來是自動跟蹤的消弧線圈系統(tǒng)，容量不足時可增加一臺固定式并聯(lián)電抗器方法，就能恢復(fù)原來消弧線圈的自動調(diào)諧功能。增加的容量為：710-630=80( kVA)。

如圖2所示：L為原有的消弧線圈，容量是630kVA，新增加的L2為固定式電抗器，容量為80kVA，K2為小開關(guān)，B2為小型避雷器。這樣消弧線圈原有的自動調(diào)諧裝置可以在15~90A之間分成12擋進(jìn)行調(diào)節(jié)。

按照環(huán)流法的原理：在電壓不變的情況下，并聯(lián)一個同類型的阻抗，可以分流。通過這種方法變相的增加了消弧線圈的容量，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)型增容的目的。

2013年該變電站小電流接地系統(tǒng)消弧線圈容量不足經(jīng)濟(jì)型技改方案被作為群眾性創(chuàng)新項目在220kV雙閘變電站開發(fā)、試驗、實施，并取得了成功。

圖2 消弧線圈增容圖

5、結(jié)語

本文通過對雙閘變電站長期誤發(fā)10kV單相接地現(xiàn)象的分析，發(fā)現(xiàn)了變電站消弧線圈容量不足、長期處在欠補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)行方式下的現(xiàn)象，并通過技術(shù)分析，提出了增加并聯(lián)電抗器的經(jīng)濟(jì)安全的方法，能夠為其他變電站出現(xiàn)的類似情況提供借鑒和解決思路。

作者簡介

郭有強(qiáng)，技師/工程師，主要從事變電狀態(tài)檢修方面的工作。

劉海峰，碩士，工程師，主要從事配電網(wǎng)及電力營銷管理方面的工作。

引文信息

郭有強(qiáng)，劉海峰.一起變電站消弧線圈大容量改造方案分析[J].供用電，2015,32(4)：72-74.

相關(guān)新聞：

一起變電站110kV斷路器電動拒絕分閘的分析與處理