成套電容器組中性點(diǎn)電流互感器開(kāi)裂原因的分析

摘要： 以臺(tái)山發(fā)電廠2×600 MW機(jī)組為例，全面闡述了Siemens公司一段式全程給水控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)該系統(tǒng)在給水泵啟動(dòng)控制、給水閥切換、給水泵最小流量控制和汽包水位控制等方面存在的問(wèn)題及其改進(jìn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并深入地研究了該系統(tǒng)的調(diào)試及投運(yùn)方法。
關(guān)鍵詞： 性點(diǎn) 電流互感器 故障 動(dòng)穩(wěn)定 MALAB
1 引言??
　　
　 　最近我單位發(fā)生了兩起110kV變電站的10kV電容器組中性點(diǎn)電流互感 開(kāi)裂的故障，其中一起故障的經(jīng)過(guò)如下：
　　2002年5月24日，110kV新升變電站161#1電容器組中的#16電容器熔絲 熔斷，更換熔絲后送電，立即發(fā)生中性點(diǎn)電流互感器擊穿開(kāi)裂的現(xiàn)象(圖 1)，同時(shí)161開(kāi)關(guān)跳閘。故障前該電容器組的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。

　　從圖2中可以看出，當(dāng)某一個(gè)電容器貫穿性擊穿損壞以后，該相的其它電 容即被短路，電容值變?yōu)榱?圖3)，該支路的阻抗減小，雙星形的兩個(gè)中性點(diǎn)電位不一致，出現(xiàn)不平衡電流，且電流是突然增大的，暫態(tài)過(guò)程中的電流很大，導(dǎo)致中性點(diǎn)電流互感器損壞。??
　　要定量地分析損壞的原因，需計(jì)算161斷路器合閘后的暫態(tài)過(guò)程。借助 MALAB的電力系統(tǒng)模擬工具箱(PSB)，可非常方便分析出暫態(tài)過(guò)程中的電流變化情況。??

2　合閘于故障電容器情況的模擬
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　　根據(jù)一次模擬圖,用PSB建立如圖4的系統(tǒng)模型圖.該系統(tǒng)模型圖的說(shuō)明如下：
　　10kV的電源來(lái)自110kV主變,其內(nèi)阻忽略不計(jì),故采用三個(gè)理想的正弦波電源,相角相差120°.斷路器的初始狀態(tài)為分.在一個(gè)周波即20ms后合上，斷路器接觸電阻取100μΩ,沒(méi)有 并聯(lián)電阻和并聯(lián)電容。串聯(lián)電抗器的電抗值為0.2，阻尼電阻的電阻值為1.6Ω。C1～C6為電容器，用串聯(lián)阻抗元件模擬，其中的電阻為熔絲接觸電阻，取0.01Ω。由于斷路器為非線形元件，因模擬計(jì)算的關(guān)系，C1不能為零，取1e-16F，C2～C6為正常的電容值，8μF。R L為方便模擬計(jì)算用的負(fù)載，此處設(shè)為電容器組母排對(duì)地電容，取1pF。中性點(diǎn)電流互 感器采用PSB中的元件，參數(shù)按照實(shí)際情況取，變比取15/5，容量取25VA，一次二次的阻抗分別取0.001和0.04的標(biāo)么值。電壓互感器的容量為80VA，電壓比10kV//100V，一次二次的阻抗也分別取0.001和0.04的標(biāo)么值。B1 ～B4是母線，這里用作節(jié)點(diǎn)以方便連線，用連線模擬成實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以后即可進(jìn)行模擬計(jì)算。

用不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行多次模擬，可發(fā)現(xiàn)電壓互感器的參數(shù)及其 負(fù)載的參數(shù)對(duì)中性點(diǎn)電流的影響微弱，可忽略不計(jì)，原因也是顯而易見(jiàn)的，因?yàn)樗鼈兪遣⒙?lián)在電容器組上的。??
　　用圖4的系統(tǒng)模型圖，不同的初相角進(jìn)行多次模擬，模擬的結(jié)果由各個(gè)示波器觀察，示波器3反映的即為流過(guò)中性點(diǎn)電流互感器的電流波形，圖5選取了4幅比較典型的波形圖，分別反映相角為10°、60°、90°和270°時(shí)的波形。??
　　從一系列波形圖可以發(fā)現(xiàn),A相的角度為0°和180°時(shí)流過(guò)中性點(diǎn)電流互感器的暫態(tài)電流最小,A相的角度為90°和270°時(shí)暫態(tài)電流最大,且90°和270°時(shí) 的相位暫態(tài)電流也相差180°.在角度為90°出現(xiàn)的最大暫態(tài)電流峰值為1750A，是一高頻電流，頻率約為10.4z。暫態(tài)電流在約0.002秒后衰減到穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)電流峰值為12.5A，衰減后的波形片斷見(jiàn)圖6。

3　中性點(diǎn)電流互感器擊穿的原因分析

　　該電流互感器的型號(hào)為L(zhǎng)ZJC-10型，1999年2月出廠，電流比15/5，其技術(shù) 數(shù)據(jù)為1s熱穩(wěn)定倍數(shù)75，動(dòng)穩(wěn)定倍數(shù)150，按照一次側(cè)15A的額定電流計(jì)算， 動(dòng)穩(wěn)定極限是3182A(峰值)。同時(shí)在模擬時(shí)也發(fā)現(xiàn)，最大電流值對(duì)中性點(diǎn)電流 互感器的參數(shù)敏感，若取的參數(shù)再小一點(diǎn)，最大電流值可超過(guò)2000A，在不計(jì)中性點(diǎn)電流互感器的阻抗時(shí)，最大電流為2500A。從模擬出的暫態(tài)電流值，我們可以推斷出該電流互感器擊穿的原因是動(dòng)穩(wěn)定失穩(wěn)。從破碎的情況也可以看出，線圈間的間隙變大，說(shuō)明線圈在受到電動(dòng)力后的變形，而變形超過(guò)了環(huán)氧樹(shù)脂的承受能力，導(dǎo)致環(huán)氧樹(shù)脂崩裂，而鐵軛上幾個(gè)細(xì)小的放電點(diǎn)是絕緣破壞后線圈放電引起的。
另外，今年我公司110kV竹輝變10kV電容器組也發(fā)生了一起中性點(diǎn)電流互感器擊穿的故障，故障后開(kāi)關(guān)跳閘，現(xiàn)場(chǎng)檢查的現(xiàn)象是某一電容器熔絲熔斷，同時(shí)中性點(diǎn)電流互感器開(kāi)裂。該成套電容器組與新升變161電容器的設(shè)備是相同的設(shè)備。從故障后的情況分析，可以推斷出是某一電容器首先故障，導(dǎo)致流過(guò)中性點(diǎn)電流互感器的電流突然增大，因保護(hù)動(dòng)作使該電容器組斷路器跳閘的時(shí)間需0.1s左右，而暫態(tài)過(guò)程比較短，僅1/10個(gè)工頻周波左右，因此在跳開(kāi)開(kāi)關(guān)之前，暫態(tài)電流已經(jīng)使電流互感器損壞。
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4 結(jié)論與對(duì)策
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　　新升變電容器組中性點(diǎn)電流互感器在送電時(shí)開(kāi)裂，竹輝變電容器組中性點(diǎn)電流互感器在運(yùn)行中發(fā)生開(kāi)裂，說(shuō)明該電流互感器未達(dá)到設(shè)計(jì)的性能指標(biāo)，是造成損壞的主要原因。而同型號(hào)的電容器組以前也發(fā)生過(guò)熔絲熔斷、開(kāi)關(guān)跳閘的情況，為什么沒(méi)有出現(xiàn)開(kāi)裂的情況呢？從上述模擬過(guò)程可以看出，暫態(tài)電流的大小與相角有關(guān)，0°和180°附近電流很小，不會(huì)造成動(dòng)穩(wěn)定失穩(wěn)。再者，從電容器組成套產(chǎn)品設(shè)計(jì)角度上講，即使在最惡劣的90°和270°情況下，暫態(tài)電流也不會(huì)超過(guò)動(dòng)穩(wěn)定極限值，但是已經(jīng)接近了產(chǎn)品的性能極限，因此很難避免電流互感器開(kāi)裂的發(fā)生。??
　　新升變161電容器組故障，開(kāi)關(guān)跳閘后，檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)，更換了熔絲，在沒(méi)有讓電試班檢查電容器狀況的情況下，就恢復(fù)送電，是導(dǎo)致中性點(diǎn)電流互感 器擊穿的次要原因。因此，今后凡遇到電容器熔絲熔斷情況，一定要檢查電容器本身是否損壞，切不可急于送電。??
　　為了加大動(dòng)穩(wěn)定的裕度，建議是否可考慮采用一次額定電流為40A或以上的中性點(diǎn)電流互感器，這樣從理論上講，動(dòng)穩(wěn)定電流的極限值加大了一倍，裕度可加大，另外可以通過(guò)保護(hù)的調(diào)整來(lái)彌補(bǔ)中性點(diǎn)不平衡電流保護(hù)靈敏度的降低，以避免發(fā)生類似的故障。??