(广东电网东莞供电局广东东莞523000)
摘要:500kV莞城站#2主变由带负荷运行转充电运行后,35kV2M#1电容器组321开关因过电压保护动作跳闸。本文通过对该事件进行技术分析及等效计算,探讨主变由运行状态转充电运行状态对35kV侧电容器组的影响,并提出针对以上情况,可采取的预防措施。
关键词:电容器,过电压保护,跳闸,无功补偿
2017年05月12日21时51分,500kV莞城站35kV2M#1电容器组321开关跳闸,监控后台出现报文“500KV莞城站35kV2M电容器1321断路器开关分”,321开关间隔光字牌信息分图中“35kV2M#1电容器保护跳闸”、“35kV2M#1电容器启动事故”光字牌亮;跳闸事件发生后,值班员随即前往35kV2M电容器保护屏查看相应保护装置情况,发现ISA-359F保护显示“过压保护跳闸动作,Ubc=110.01V”,在现场对跳闸间隔进行外观检查及红外测温,结果显示外观无明显异常、温度属正常范围,无明显发热点。后对跳闸前321间隔电压进行数据记录,发现35kV2M母线电压在跳闸前升高至38.49kV,接近过电压保护定值。初步判断为35kV2M母线电压升高,导致321电容器过电压保护动作,开关跳闸。
1.跳闸情况分析
321开关跳闸前,500kV莞城站#2主变500kV侧充电运行,35kV2M#1电容器组在运行状态。
根据停电计划,500kV莞城站需要在5月13日将#2主变进行停电操作,以便开展#2主变220kV侧2202开关间隔的回路电阻超标处理。5月12日21时23分,经监控下令,500kV莞城站需将#2主变由运行转500kV侧充电运行。运行人员在21时32分断开2202开关,并于21时37分完成整个操作任务。值班员操作完毕后,#2主变已经转为变高侧充电运行,不带负荷,而电容器还在投入状态,此时监控端采用AVC自动投退电容,因而35kV2M#1电容器组保持在运行状态。通过后期在监控后台及PCS9000所提取的数据可知,35kV2M母线电压在2202开关断开后,由原来的37.4kV开始上升,在21时49分升至38.5kV,如图1、图2所示
图135kV2M母线电压(2202开关断开前)
图235kV2M母线电压(2202开关断开后)
2.过电压保护动作分析
该间隔电容器保护装置采用的为南瑞继保的ISA-359F型分散式微机保护测控装置,该装置为数字式保护、测控一体化装置,实现电容器的保护,完成遥测、摇信、遥控、遥脉等远动功能,在保护配置方面,有限时电流速断保护、定时限过流保护、接地保护、定时限过电压保护等。
其中,定时限过电压保护取母线电压。为防止电容器未投时误发信号,过压保护中加有断路器何为判据。为避免使用相电压在单相接地时引过压保护误动,过电压保护采用线电压,由软件计算得出。过电压保护可选择跳闸或只发信号。各定值编号定义:d026=on时,过电压保护投入,d026=off时,过电压保护退出;d020为过电压保护定值,d021为过电压保护时限定值。H6d=on时,过电压保护动作跳开关,H6d=off时,过电压保护只发信。其保护原理逻辑图如图3所示。
根据现场321电容器的保护装置定值可知,其过电压保护(d026)、过电压保护跳闸(d109)均投入,过电压保护定值(d020)为二次侧110V、一次侧38.5kV,过电压保护时限定值(d021)为60s。结合过电压保护原理逻辑图可知,在d026、H6d投入、且电容器开关在合闸位置时,若电容器间隔所抽取的35kV母线电压任意一线电压超过d20所设的定值,过电压保护将经过d021所设的时间后,触发过电压保护动作,直接跳开关。而由当时情况及保护装置采集信息可知,电容器321开关在合闸位置,Ubc=110.01V,且相关保护正常投入,满足过电压保护动作条件,因而过电压保护正常动作。
图3过电压保护原理逻辑图
3.35kV电压升高分析
在电力系统运行中,无功所发出的无功功率应与系统中的无功负荷及无功损耗相平衡,同时还应有一定的无功功率备用电源,即:
QGC=QL+QS+QR
式中QGC为无功电源容量的总和,QL为无功负荷的总和,QS为无功损耗的总和,QR为无功备用容量。
而对于一台变压器的无功功率损耗并不大,则式子可近似看为:
QGC=QL+QR
本站中,35kV电压等级设备主要用于对系统进行无功补偿,则#2主变各电压等级关系及无功补偿可等效成图4所示的情况。
图4#2主变等效电路图
若设U1为500kV侧电压,U2为220kV及35kV侧折算到500kV侧的电压,R为归算到500kV侧的电阻,X为归算到500kV侧的电抗,PA为500kV侧有功功率,QA为500kV侧无功功率,P为220kV侧有功功率,Q为220kV侧无功功率,QC为35kV侧无功功率,则有:
U_2=U_1-(P_AR+Q_AX)/U_1
在#2主变带负荷运行时,500kV侧及35kV侧发出容性无功功率,220kV侧吸收无功功率,即QA、QC为正、Q为负。而当#2主变转为500kV侧充电运行时,因为负荷消失,500kV侧从发出容性无功功率变为吸收无功功率,而35kV侧为投入中的电容器,只能发出容性无功,则此时PA变得很低,QA为负,U1代表的500kV侧中枢点电压几乎不变,由上式推导可知,此时U2与主变带负荷运行时对比将大幅增加。
综上可知,35kV侧电压在#2主变由带负荷运行转充电运行后将大幅上升。
4.处理过程及原因总结
电容器跳闸后,值班员第一时间向监控汇报开关的变位情况、后台报文及相应光字牌情况、保护装置报送信息,同时派人前往现场查看35kV2M#1电容器跳闸后的外观情况,并对该间隔的设备进行红外测温。随后经监控下令,将该电容器组由热备用转检修。
经继保专业人员检查,保护动作时无出现电流增大,电压降低的现象,因此没有发生故障,属于正常保护跳闸。试验所对#1电容器进行试验,试验结果合格,一次设备正常。
通过分析,本次事件发生的主要原因有:
直接原因:35kV2M母线电压升高,达到电容器过电压保护定值跳闸要求,导致电容器过电压保护动作,开关跳闸。
间接原因:#2主变由运行转500kV侧充电运行时,35kV侧的电容器没有提前退出,而由于无功平衡的关系,导致35kV侧母线电压在#2主变不带负荷后直线上升,引起电容器组跳闸。
5.预控措施及建议
为避免本次情况继续出现,作出如下归纳总结:
(1)在主变转充电运行前,应先考虑好无功平衡情况,计算好并联电容器侧在主变不带负荷后可能升高的电压幅度,从而确定可投入的电容器数量,防止变低侧母线电压过高而影响设备的运行;
(2)AVC系统与保护配合问题。调度下发的母线上下限计划曲线不含35kV要求,因此AVC系统只判断500kV、220kV电压达到上下限动作值(中调500kV、220kV电压要求电压上限分别为535kV和236kV)时才切除电容器。存在AVC系统与电容器保护定值配合不当的问题,需调控中心进一步确认AVC系统定值设置合理性。AVC的投退策略应该应根据实际情况,调整相应的投退定值,确保电网的稳定运行。
参考文献
[1]毛锦庆.电力系统继电保护实用技术问答.第二版.北京:中国电力出版社.
[2]李天鹏.浅析无功功率的补偿与平衡.河南:河南省科学技术信息研究院.