《一起雷击引起谐振过电压造成并联电抗器损坏的原因分析》
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摘 要：本文通过对某电厂500kV送出线路被雷击产生疑似非全相谐振过电压[1],并造成电厂侧500kV線路并联高压电抗器和中性点避雷器及其计数器损坏的原因分析,提出了为避免此类故障重复出现应采取的应对措施.
关键词：雷击;谐振电压;电抗器;避雷器;计数器;损坏
0引言
电抗器是在电路中用于限流、稳流、无功补偿、移相等的一种电感元件,而并联高电抗器：在高压远距离输电系统中,是用于补偿线路电容性充电电流,抑制轻负荷时线路末端电压升高,并抑制操作过电压,从而降低系统绝缘水平,保证线路可靠运行.
我公司某电厂装机容量2×600MW,以单回500kV电压等级送出（4×LGJ-400/50导线）,送出线路原可研阶段设计线路全长238公里,考虑未来发展需要,电厂侧出线设计为同塔双回（约3公里）,可研阶段电磁暂态研究：电厂侧出线端需安装90Mvar并联高压电抗器,为限制线路潜供电流[2-3]和恢复电压及避免非全相运行时出现工频谐振过电压,需在并联高压电抗器的中性点安装中性点接地电抗器（阻值：900±10%Ω）;电厂建成投产时,500kV线路实际“π”入了原路径中间规划的500kV变电站,500kV线路实际全长由223公里变为了119公里.
1故障前运行方式
电厂单机运行（负荷380MW）,500kV升压站为标准方式运行,500kV出线带并联高压电抗器运行,500kV I母、II母线合环运行,如图1所示.
2故障现象
2019年3月30日,电厂出线侧45号塔A相小号侧右串绝缘子被雷击（距离电厂17.3公里）,线路A相跳闸,在等待重合闸过程中,500kV线路出现接近正玄波的疑似非全相谐振过电压和线路出现再次雷击产生过电压,造成出线侧并联高压电抗器A相中下部线圈被击穿、中性点避雷器及计数器损坏.故障回路示意图如图2.
3保护动作及动作次序情况
01：32：41：451（即：0ms）电厂500kV线路光纤分相差动保护动作,线路两侧A相断路器跳闸,电厂和对侧的线路的主一、主二接地距离I段保护、纵联距离保护启动,并启动单相重合闸.
01：32：42：154（即：故障后703ms）500kV线路A相出现接近正玄波的过电压（峰值达1295kV,有效值915kV）,详见图3的录波图.
01：32：42：346（即：故障后895ms）500kV线路A相再次出现尖顶波过电压,详见图3的录波图.
01：32：42：421（即：故障后970ms）500kV线路对侧A相重合闸成功.
01：32：42：520（即：故障后1070ms）电厂500kV线路并联高压电抗器A相重瓦斯和压力释放阀动作,沟通三跳,500kV线路断路器三相跳闸,并闭锁重合闸.
01：32：42：568（即：故障后1117ms）500kV线路对侧断路器三相跳闸.
01：32：42：815（即：故障后1364ms）电厂#1机组发电机保护屏A、B柜零功率保护动作停机,厂用电全失.
4录波图分析
从图3的录波图的500kV线路录波图来看,500kV线路A相在700ms和900ms左右时先后出现两次过电压,峰值均接近1300kV.第一次过电压波形为近似于正玄波的电压波形、时长约3个周波,第二次过电压波形为类似于雷击过电压的尖顶波形、时长约1/2个周波;且线路持续出现了幅值约850kV的3U0电压.另外,从图3的500kV线路录波图来看,在约1070ms时并联高压电抗器A相和中性点（3I0零序电流）处出现了幅值高达6400A短路电流,说明此时发生了短路故障.具体如图3.
5故障原因分析
（1）中性点避雷器及计数器损坏原因.从故障后的检查中,发现电厂全厂避雷器及计数器接地端与接地线接头均为头对头焊接,且已出现部分焊接开焊或脱落,按规范要求均须采用搭接焊接,每年雷雨季节前进行全面检查和测试导通电阻.因此,电厂本次500kV线路A相雷击跳闸后,线路处于非全相运行,线路出现约850kV的3U0电压,由于并联电抗器中性点避雷器及计数器的接地不良,是电抗器中性点避雷器及计数器损坏的直接原因.
（2）并联高压电抗器A相损坏原因.电厂在设计阶段进行了500kV线路电磁暂态研究,并在并联高压电抗器中性点装设了小电抗器来限制潜供电流和恢复电压的幅值及防止谐振过电压的产生,且电厂建设时亦按设计安装了中性点小电抗器.但本次500kV线路A相在17公里处被雷击跳闸后,线路处于非全相运行,此时引起系统的感抗（XL）、容抗（XC）等参数与设计时的组合存在不吻合的变化,在等待A相重合闸过程中（从图3的录波图来看）,确实出现了B、C两相通过相间电容耦合和电磁感应等作用,在已断开的A相线路上产生了接近工频的疑似非全相谐振过电压;并900ms左右时500kV线路A相又再次出现了类似雷击的雷电过电压,加之电厂侧并联高电抗器中性点避雷器在第一次雷击时已损坏.虽电厂并联高压电抗器设计的短时承受雷击过电压为1550kV、操作过电压为1175kV、感应过电压为680kV.但本次500kV线路A相的疑似非全相谐振过电压幅值高达1300kV,持续时间近3个周波,再加后续的疑似雷击过电压再次作用,从而造成并联高压电抗器的A相中下部线圈薄弱点被击穿放电,在970ms时对侧A相重合闸成功后,大约在1070ms时并联高压电抗器的A相出现了短路故障（可从图3中的A相电流可明显判断出,此时A相发生了短路故障看出,且短路电流幅值达6400A）,使A相电抗器内的变压器油在电弧和大电流作用下快速分解,产生大量气体,造成重瓦斯、压力释放阀、匝间短路保护动作,从而使A相电抗器损坏.
6防范措施
（1）加强接地系统及接地装置的工程质量监督和例行检查.对接地系统、接地装置进行全面梳理和排查,对于接地系统的接地扁铁间、接地扁铁与设备间的链接、转接或转弯等接头部位,以及避雷器、中性点的接地,按规程、规范等要求,必须采用搭接焊接,搭接长度不低于扁铁宽度的2倍（圆钢不低于直径的6倍）、焊接不少于三面焊接[4],不满足要求的进行限期整改.
（2）加强防雷设备日常维护和检查,每年雷雨季节前完成相关试验、电阻测试和全面检查工作.
（3）由于近年电力系统发展较快,电力系统参数存在原设计参数与项目投产时的实际参数发生较大变化的可能,对于存在电磁暂态影响的高压、超高压和特高压系统,应根据项目实际情况的变化,必要时组织对原线路电磁暂态研究成果进行重新复核.
参考文献
[1] 电气工程大典 第10卷 输变电工程[M].北京：中国电力出版社,2010.
[2] 曹荣江,顾霓鸿.电力系统潜供电弧自灭特性的模拟研究[J].中国电机工程学报,1994（2）：73-78.
[3] 和彦淼,宋杲,曹荣江,等.1000kV特高压输电线路潜供电弧试验研究[J].中国电机工程学报,2011（16）：138-143.
[4] GB50303-2015,建筑电气工程施工质量验收规范[S].
回顾述说,该文是一篇关于电抗器方面的大学硕士和本科毕业论文以及原因相关电抗器论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
电抗器引用文献:
[1] 电抗器毕业论文题目范文 电抗器类硕士论文开题报告范文10000字
[2] 电抗器在职开题报告范文 关于电抗器类硕士毕业论文范文2500字
[3] 电抗器论文范文数据库 关于电抗器类毕业论文范文2500字
