一起集合式电容器差压保护动作事故分析

国网冀北电力有限公司廊坊供电公司的研究人员曲金秋、金雍奥等,在2015年第6期《电气技术》杂志上撰文,针对一起集合式电容器发生差压保护跳闸事故,根据集合式电容器接线方式及差压保护原理,对试验数据进行分析,找出动作原因,并对集合式电容器例行试验提出合理建议。

集合式电容器具有体积小、容量大、占地面积小、安装维护简单等优点,但如一旦发生故障,必须整台退出运行,这将严重影响供电质量[1,2]。常见故障多是电容量的变化引起的,而差压保护能反映电容器组电容损坏的情况。

设定合理整定值的差压保护可以避免集合式电容器故障的扩大,影响电网的电能质量。下面对近期发生的一起集合式电容器差压保护动作的故障进行分析。

1设备基本信息

2014年4月,廊坊地区某110kV变电站10kV电容器组发生差压保护动作跳闸故障,跳闸电压3.9V,保护整定值3.5V。故障电容器组为集合式,同相两节电容量比为6:4,型号是BFFH12/√3-1400-1W,制造厂为合阳电力电容器制造有限公司,2001年出厂。由于差压保护设备老旧,只能显示跳闸电压,无法判断故障相,需要进行故障原因及故障相判别。

2现场试验情况

初步判断故障为集合式电容器电容损坏造成。接下来重点对电容器进行试验。电容量试验结果如表1所示。根据Q/GDW07003-2012-10501《国网冀北电力有限公司输变电设备状态检修试验规程》中的规定:

1)每相电容值偏差应在额定值的-5%~+10%范围内,且电容值与出厂值比较应在测量误差范围内;

2)三相电容值比较,最大值与最小值之比不大于1.06;

3)每相有三个套管引出的电容器,应测量每两个套管之间的电容量,与出厂值相差不得超过±5%[3]。该电容器每相电容值偏差最大为0.97%,三相电容值最大值与最小值之比为1.01,每两个套管之间的电容量与出厂值相差最大的为-2.3%,由此可见该电容器的电容量试验数据也在合格范围内。又对其进行绝缘电阻试验也合格,数据均在5000MΩ以上。

表1 电容量试验结果

A相

B相

C相

AX

AO

OX

AX

AO

OX

AX

AO

OX

铭牌电容量/uF

97.36

97.21

97.30

出厂电容量/uF

98.56

164.24

246.41

98.42

164.02

245.94

98.36

163.84

245.79

实测电容量/uF

97.03

162.79

240.72

98.15

167.15

240.63

98.23

165.52

245.73

误差/%

-0.34

0.97

0.96

在电容器上、下节电容量数据合格的情况下,在差压继电器上却测到了差压值且数值超过了整定值,说明确有差压存在。放电线圈二次回路接触电阻大的话,相当于在二次串入了一个大电阻,那么,即使电容器上下节的电容量平衡,也将会产生差压[4]。因此,现场对放电线圈二次回路进行接触电阻试验,发现数据都在微欧级别,不存在接触电阻过大的问题。

为判断其他设备故障的可能,先后对电抗器的直流电阻、绝缘电阻、电抗值,放电线圈的直流电阻、绝缘电阻进行试验,发现各试验项目均无问题。其中,放电线圈电压比试验数据如表2所示。

表2 电压比

A相

B相

C相

AO

OX

AO

OX

AO

OX

电压比

-0.38%

-0.32%

-0.34%

-0.25%

-0.36%

-0.36%

3差压保护原理与动作原因分析

3.1 差压保护原理及电容器组接线方式

集合式电容器内部按单星形接线,再由N段串联而成,然后将一相分为上、下两节。每相由m台小电容器并联成段,使用带中间抽头的放电线圈与各相电容器的相应抽头相连,分别测量抽头对相线和中性点的电压,二次线圈反极性串联后接入差压继电器,构成差压保护。

正常运行时放电线圈二次承受的电压相同,继电器两端基本无电压。当上、下节电容值发生变化,就会引起电压的变化产生差压,一旦差压达到整定值,开关就会跳闸[5],差压保护不受系统电压影响,能准确反映电容器内部状况,原理接线图如图1所示。

图1 差压保护原理接线图

3.2差压计算与故障相判断(略)

若要计算差压出口电压值,主要考虑并联的电容值,以及放电线圈的变比两个参数。

计算思路是:根据每相两组串联电容器电容值算出每个串联单元的分压值,通过放电线圈一次电压值并考虑放电线圈电压比的误差,进而算出放电线圈二次的电压值,最终算出差压值。将结果与差压保护整定值比较,大于整定值则保护动作,反之不动作。

3.3动作原因分析

为找出该电容器例行试验合格但差压保护动作的原因,将该电容器历年的试验数据进行比对,如表3所示。发现B相同一串的两节电容变化趋势相反,即一节电容量增大,另一节电容量减小。虽然电容量的变化在规程的范围内,但是导致放电线圈二次的差压增大,超出整定值,使差压保护动作。

为了找出跳闸临界点,对本地区16台同相两节电容量比为6:4的集合式电容器进行分析,模拟电容量变化,看产生的差压数值。发现当同相两节电容器电容量变化趋势相同时,可根据状态检修规程判断;当电容量变化趋势相反时,每相上下两节电容器的电容量,与出厂值相差1.6%~1.9%时,压差就超出整定值,又综合考虑放电线圈电压比带来的误差,因此当与出厂值相差1%时就有可能使差压保护跳闸。

表3 历年电容量数据对比

A相

B相

C相

AX

AO

OX

AX

AO

OX

AX

AO

OX

2007年

98.14

163.93

245.52

98.21

164.38

246.23

98.07

164.37

245.93

2011年

97.56

163.79

243.73

98.18

165.27

244.37

98.12

164.55

245.72

2014年

97.03

162.79

240.72

98.15

167.15

240.63

98.23

165.52

245.73

4 结论

从这起事故可以看出,虽然电容器例行试验数据均合格,但是差压仍然可以很大。因此,我单位规定本地区6:4式集合式电容器每相有三个套管引出的电容器,应测量每两个套管之间的电容量,当变化趋势相同时,与出厂值相差不得超过±5%,当变化趋势相反时,与出厂值相差绝对值不得超过1%。

在日常维护中,为避免由于放电线圈外部连接松动而造成二次直流电阻不平衡,从而导致差压保护跳闸,应注意放电线圈螺栓的紧固。在电容器的例行试验中,不仅要将电容量的数值与规程比,还要注意其变化趋势。

当同相两节电容器的电容量变化趋势相反时,每节与出厂值相差绝对值大于0.5%但小于1%时,建议缩短例行试验周期,加强带电测试;当大于1%时,建议停电检修或更换电容器,避免发生电容器组跳闸故障,影响电力系统电能质量。

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