第五章互感器爆炸及二次回路故障.

1、F1!二回 FQ 二凰 FX回IS5-I事啟涉及的線路簡圖第五章 互感器爆炸及二次回路故障及異常運行的典型案例分析第一節(jié)500kV線路電流互感器爆炸造成多條220kV線路跳閘事故分析電流互感器爆炸事故在變電站一次設(shè)備事故中是非常嚴重的，在某一段時間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)同一型號的電流互感器在不同地區(qū)發(fā)生了多支充油式電流互感器爆炸事故，爆炸后對變電站其他設(shè)備的損壞是嚴重的，有的爆炸故障甚至波及到其他線路。本案例選取了某500kV變電站FN線FI2斷路器電流互感器(A相)爆炸事故，希望能通過本案例分析，使現(xiàn)場運行 人員掌握對案例中涉及的知識點。本案例分析的知識點：(1) 保護的配置及基本原理。(2) 允許式保

2、護的概念。(3) 區(qū)內(nèi)、外的故障分析。(4) 3/2斷路器接線方式線路 斷路器優(yōu)先重合的概念。(5) 故障錄波圖的識圖及信息 分析。(6) 擴大事故處理方法。(7) 電流互感器二次接線存在 問題對保護的影響。一、事故涉及線路事故涉及線路如圖 5-1所示。二、事故前的運行情況事故前，本站 500、220、35kV 系統(tǒng)均為正常運行方式，其中 500kV YF 線有功功率為了 490MW，無功功率為一39Mvar;GF線有功功率為一 643MW，有功功率為一8Mvar ； FN線有功功率為114MW，無功功率為一69Mvar (上述負荷均為18:00時報)。FN線為該站擴建新 設(shè)備，并于2000年

3、10月29日11時15分送電試運行，此擴建工程所使用的電流互感器為充油式電流互感器。事故前本地區(qū)500、220kV電網(wǎng)運行正常，系統(tǒng)無任何操作和擾動，18時15分運行人員巡視時未發(fā)現(xiàn)異常。跳閘前主要負荷如表 5-1所示。表5-1跳閘前主要負荷表線路名稱電流（A）有功功率（MW無功功率（Mvar）FN線16011469GF線7326438YF線56849036FH二回25010010FQ二回29511416FX 一回34011314三、跳閘過程（1）18時30分55秒，500kVFN線F12斷路器A相電流互感器爆炸接地，F(xiàn)12、F11斷路器相繼跳閘，968ms后F12斷路器A相重合于故障，500

4、ms后F12斷路器三相跳閘。由 于F12斷路器優(yōu)先重合，F(xiàn)12斷路器重合不成功時，F(xiàn)11斷路器重合閘閉鎖，直接三相跳閘。（2）故障同時跳閘線路還有:YF1）GF線G側(cè)保護動作，A相跳閘，A相重合不成功轉(zhuǎn)三相跳閘（負荷轉(zhuǎn)移后,線最大潮流為一850MW ）。220kV FX 一回線兩側(cè)高頻零序保護動作,A相斷路器跳閘，重合成功。220kV FQ二回線兩側(cè)高頻零序保護動作,A相斷路器跳閘，重合成功。220kV FH二回線F側(cè)高頻零序保護動作,F33 A相斷路器跳閘，重合成功;高頻零序保護動作，A相斷路器跳閘，重合后又三相跳閘。（3）跳閘對系統(tǒng)的影響。1 ）跳閘未造成該地區(qū)電網(wǎng)少供電或拉閘限電。2）故

5、障時造成與之相聯(lián)的另一電網(wǎng)一臺300MW發(fā)電機跳閘，電網(wǎng)發(fā)生局部振蕩并與主網(wǎng)解列。四、F12電流互感器爆炸后的情況1、負荷FN 線：0MWGF線：0MW （送電后為480MW左右）YF線：一850MW （ GF線送電后為一330MW 左右）FH二回：0MW （送電后為一84MW 左右）FQ二回：無明顯變化FX 一回：無明顯變化2. 主控制室主要信號FH 二回微機重合閘動作FH 二回 CCH-2 重合閘動作FX 一回微機保護動作FX 一回微機重合閘動作FX 一回 CCH-2 重合閘動作FH 二回 CKJ 高頻保護動作FQ 二回 902A 重合閘動作FQ 二回 WXH-11 重合閘動作FQ 二回跳

6、閘出口FQ 二回 WXH-11 保護動作F12 斷路器 LFP-921 保護動作F11 斷路器 LFP-921 第二套保護動作FN 線第二套保護跳閘FN 線第一套保護動作FN 線第一套保護告警220kV 所有線路微機呼喚值班員220kV 所有線路收發(fā)信機動作本站所有錄波器動作3. 繼電保護屏保護信號（ 1） 500kV 部分。1）FN線：CSL101A （微機保護）：A跳，B跳，C跳，永久跳閘（紅燈）;LFP 901B （微機保護）：Ta, Tb, Tc （紅燈）電抗器： JCDK-119 ：差動信號 I、 II 段（紅燈）； 過電流信號 II 、III 段（紅燈）。2）F11 斷路器：CZX

7、-22A:Ta, Tb, Tc （紅燈）LFP-921 ：Ta, Tb, Tc （紅燈）3）F12 斷路器：CZX-22A:Ta, Tb, Tc , CH, Ta （紅燈）LFP-921 ：Ta，Tb，Tc，cH （紅燈）4） GF 線電抗器：中性點過流（紅牌）,匝間（黃,紅牌）5）GF 線復用載波機：18時 30 分 #17（RAZFE 距離保護） RX1 收信一次；18 時 30 分 #18（ LFP-901A 距離保護） RX1 收信一次；19 時 04 分 TX1 發(fā)信一次（2） 220kV 部分。1） FQ二回：WXH-11C/X微機保護：跳 A，重合，呼喚（紅燈）;LFP-902A

8、 （微機 保護）： CH （紅燈）；操作箱： 2TXJa， TXJa， ZXJ （紅牌）。2） FH二回：SWXB-11微機保護：A跳，重合，呼喚（紅燈），停信3 （錄燈）;CCH 2 重合（紅燈） ；操作箱： TXJa （紅牌）。3）FX 一回：WXH-11X :跳A ,重合，呼喚（紅燈）；CKJ 1 : CCH 2重合（紅燈）； 操作箱： TXJa。（ 3）微機打印報告。1） FN 線：第一套 CSL101A：CPQD高頻啟動CPJLTX高頻距離停信CPJLCK高頻距離出口GJJSCK高頻保護瞬時距離加速出口1ZKJCK距離 I 段出口I01CK零序 I 段出口CPJLCK高頻距離出口XX

9、JCK阻抗相近加速出口CJ L=0.17AN 測距收發(fā)信各 2 次套 LFP-901B：DZ突變量距離元件動作Z1距離 I 段元件CF2合閘于永久故障加速發(fā)信 2 次，無收信2）GF 線：第一套901B :保護：無，收信 2次第二套 RAZFE ：（距離保護）保護：無，收信 2 次。3）FH 二回線：SWXB 11： GBI0CK高頻零序出口CHCK重合出口CCH-2CCH2 重合閘動作4） FQ 二回線：WXH-11 ： GBI0CK高頻零序出口CHCK重合出口LFP-902 （ A）：CH重合5） FX 一回線：WXH-11 ： GBI0CK高頻零序出口CHCK重合出口CCH-2CCH-2

10、 重合閘動作五、3/2 斷路器接線方式線路斷路器優(yōu)先重合的概念在 3/2 斷路器接線方式線路中 , 重合閘 -般都采用優(yōu)先重合方式 ,并且都先重合邊斷路器， 后重合中斷路器 ,主要考慮當發(fā)生單相永久性故障時,邊斷路器重合于永久故障 ,邊斷路器和中斷路器立即三相跳閘。如果發(fā)生單相瞬時性故障，邊斷路器重合成功再經(jīng)t時間重合中斷 路器 ,并不影響線路運行。在本案例中 F12 斷路器電流互感器爆炸并接地， F12 斷路器重合閘動作出口中， 重合于 永久故障 F12、F11 斷路器三相跳閘。六、現(xiàn)場事故處理18時 30分， FN 線 FN12 電流互感器 A 相爆炸，現(xiàn)場起火。18時35分：組織滅火，同

11、時拉于 F12斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)，推上F128接地開關(guān)。19 時 00 分：大火第一次熄滅。19時 12分：第二次起火， 19時 20分熄滅。19時 28分：第三次起火， 19時 40分徹底熄滅。七、事故分析此次事故涉及到 500Kv2 條線路， 220kV3 條線路，其分析如下。（一）爆炸線路 FN 線跳閘分析1、FN 線保護形式FN 線保護采用允許式保護，允許式保護就是在系統(tǒng)故障時，收到對側(cè)信號（區(qū)內(nèi)故障 時）保護將動作跳閘，收不到對側(cè)的信號（區(qū)外故障時）保護將被閉鎖。其特點是：（1）線路每端僅裝設(shè)跳閘元件（2）跳閘元件動作，控制發(fā)送器將監(jiān)視頻率改為跳閘頻率，發(fā)送至對端。（3）跳閘元件動作

12、， 同時收到對端跳閘信號， 就起動跳閘出口中。 任何一端跳閘出口， 必須兩端跳閘元件都動作，即任一端 MT 拒動，兩端皆拒動。4）保護動作時間：取 t1=tL 與 t2=tR+tCH 之間的較慢者。式中：tL為本端跳閘元件動作時間：tR為遠端跳閘元件動作時間；tCH為通道時間。(5) 配中速的移頻式通道。(6) 內(nèi)部故障，跳閘信號可能通過故障點，要求采用相一相耦合通道。(7) 通道平時可以得到監(jiān)視，作為整個保護邏輯的一部分，較為安全。通道有問題，外部故 障時不會誤動，內(nèi)部故障時將引起拒動。允許式保護簡化邏輯圖如圖5-2所示。圖允許式探護簡化邏輯圖2第一套CSI7101A保護動作情況分析(1)

13、CSL101A保護的功能。CSL101A保護由高頻距離保護(CPUI)、距離保護(CPU2)、 零序保護(CPU3)和故障錄波器(CPU6)構(gòu)成，其中高頻距離保護包括高頻相間距離保護和高頻接地保護，以高頻零序保護作為對高頻接地距離保護的補充。高頻距離保護作為全線速動的 主保護，瞬時切除全線路各種類型的故障。(2) 保護動作分析。圖 5-3是CSL101A保護在K點單相接地故障的分析圖，在故障時兩側(cè)的載波機均收、發(fā) 2次,可看出PN線兩側(cè)保護均判斷為正向故障，其分析如表5-2所示。表5-2FN線保護動作情況變電站FHSNC距離出口(近端)末端(遠端)方向+F (正向)+F (正向)跳閘時間保護動

14、作時間保護動作時間+通道時間因故障點在F側(cè)出口處，所以CSL101A保護有距離T段出口 (1ZKJCK)、零序I段出口 (I01CK)和高頻距離出口 (GPJLCK)。但從理論上分析，高頻距離出口跳閘必須要收到對側(cè)的高 頻信號，其時間比距離I段和零序I段時間長，因此在故障時從理論上應是F側(cè)先跳，而N側(cè)后跳。由上分析可知,F側(cè)主保護和后備保護動作正確。3第二套LFP-901B保護動作情況分析LFP-901B保護的功能。LFP-901B保護由3個CPU組成。CPUI為裝置的主保護，由工頻變化量方向繼電器和零序方向繼電器配合通道構(gòu)成全線 路快速跳閘保護(跳閘時間小于25ms)，采用欠范圍允許式，其高

15、頻通道采用復用載波通道。由I段工頻變化量距離繼電器構(gòu)成快速獨立跳閘段（近端故障跳閘時間小于10ms,中間故障跳閘時間小于15ms）;由II、山、零序方向過流段構(gòu)成接地后備保護。CPU2為三段式相間和接地距離保護 ，以及重合閘邏輯。CPU3為啟動和管理機，內(nèi)設(shè)整機總啟動元件，該啟動元件與方向和距離保護在電子電路 上完全獨立，動作后開放保護出口電源。另外,CPU3還作為人際對話的通信接口 ，保護整組復歸，CPUS接受并整理、顯示、打印 CPU2傳來的電壓、電流信號，進行測距計算。保護動作分析。圖 5-4是LFP-901B保護在K點單相接地故障的分析圖，在故障時，F(xiàn) 側(cè)載波機發(fā)信2次，無收信信號，因

16、此，F(xiàn)側(cè)主保護中的高頻保護不應動作 ，CPU1中的“DZ ”（近 距離故障）動作及后備保護動作（Z1、CF2）正確。F側(cè)N鍛CSL LOt A FN 絨 CSLL03A高頻棺號圈辦4區(qū)內(nèi)故障LFB901E保護動作情呪分析圖5專區(qū)內(nèi)故障CSL101A保護動作情況分折（二 ） GF線跳閘分析1.CF線保護形式GF線第一套采用LFP-901A保護，第二套采用RAZFE保護，保護通道采用允許式通道。2第一套LFP-901A保護動作情況分析LFP-901A保護的功能。CPU1與LFP-901B基本相同，其零序為三段。 CPU2、CPU3功能同LFP-901B保護。（2）保護動作分析。如圖5-5 所示，F(xiàn)

17、N線K點單相接地故障，GF線F側(cè)方向元件判斷為反 向，F(xiàn)側(cè)的方向元件不動作；而G側(cè)判斷為正向，方向元件動作，發(fā)信，F(xiàn)側(cè)收信，兩側(cè)保護不動作 保護判斷正確。3第二套RAZFE保護動作情況分析（1）保護功能。RAZFE保護為三段三相式方向距離保護，在本線路與高頻通道配合構(gòu)成欠范圍允許式保護。當線路三相短路、兩相短路和單相接地短路時，分別采用四邊形特性、方向圓特性和四邊形與圓弧切割后組合形特性進行判斷選擇；兩相接地短路則由兩相短路和單相接地短路特性共同判斷選擇。（2）保護動作分析。如圖5-5 所示，F(xiàn)N線K點單相接地故障，GF線F側(cè)方向元件判斷為反 向，F(xiàn)側(cè)的方向元件不動作，保護不動作屬正確。因故障

18、在區(qū)外，G側(cè)保護也不應動作，但實際上GF線G側(cè)在FN線斷路器切除故障時動作。G側(cè)A相斷路器跳閘 拼且FI2斷路器重合后重合不成功而三相跳閘。G側(cè)RAZFE保護動作屬誤動。（三）220kV線路跳閘分析220kVFH二回線 F33、FQ二回線F37、FX 一回線F39在跳閘前均接在 22kV#5母線上。從錄波圖和微機保護的采樣報告分析，上述3條220kV線路感受的故障電流均超過定值，如表5-3所示。表5-3220kV跳閘線路3I 0定值表（變比1200/1）斷路器編號3I 0整定值（A）3 I 0故障量（A）F330.50.82F370.20.52F390.250.63同時220kV#5母線的電壓

19、互感器二次接線存在問題，在區(qū)外故障時零序電壓相位發(fā)生偏 移，造成FH二回F33斷路器、FX 回F39斷路器、FQ二回F37斷路器在反向故障零序功 率方向元件動作，高頻零序保護誤動跳閘。三條線路的對側(cè)斷路器因是正方向（同時未收到閉鎖信號）,也相繼跳閘。八、電流互感器爆炸原因Fl2斷路器電流互感器型號為LB3-500W2型,系沈陽變壓器廠生產(chǎn)，爆炸的原因系產(chǎn)品質(zhì)量問題，爆炸的直徑約為16m,在本地區(qū)另外一座 500kV變電站在同一年也發(fā)生一支電流互 感器爆炸事故，其爆炸的直徑約為116m,爆炸碎片將臨近設(shè)備損壞嚴重。九、故障錄波分析故障錄波如圖5-6所示。FN線：（1）故障相:A相。（2）A相跳閘

20、時間：28ms。圖56 FN線故障錄波圖(3) 重合閘時間 :978ms。(4) 1043ms 三相跳閘 ,三相跳閘時間為 57ms。(5) 最大故障電流(電流互感器變比：3000/1)3000X 3.01(A)。最大零序電流(電流互感器變比：3000/1)3000X 3.01(八)。(7) 故障錄波器接線原因使在波形圖上的 Ia與31。反相。(8) 故障前 A 相電壓超前電流 72.8。(9) 故障后 ,C 相電壓有高頻寄生振蕩現(xiàn)象。(10) A 相電壓迅速為零 ,屬于是近區(qū)金屬性故障。(11) 故障性質(zhì) ：A 相永久性故障 (A 相電流互感器爆炸接地 ),Fl2 斷路器重合不成功 ,F11

21、、 F22 斷路器三相跳閘。第二節(jié) 電容式電壓互感器局部電容擊穿造成二次電壓異常升高故障分析電容式電壓互感器是在 20 世紀 80 年代開始用于我國電力系統(tǒng)高壓或超高壓電網(wǎng) ,電容 式電壓互感器與電磁式電壓互感器相比有很多優(yōu)點,運行維護也較方便 ,但在運行中也發(fā)生過電容式電壓互感器爆炸及其他故障的現(xiàn)象。 本案例分析的是某變電站由于電容式電壓互感器 局部電容擊穿造成二次電壓異常升高。本案例分析的知識點 ：(1) 電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)、特點和原理。(2) 電壓互感器故障的分析。(3) 電壓互感器故障的處理。一、電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)、特點和原理1. 結(jié)構(gòu)和特點電容式電壓互感器是由串聯(lián)電容器抽取電壓

22、 ,再經(jīng)過變壓器變壓作為測量、繼電保護等 電壓源的電壓互感器。電容式電壓互感器還可以將載波頻率耦合到輸電線路用于長途通信、 遠方測量、選擇性的線路高頻保護、遙控、電傳打字等。因此,與常規(guī)的電磁式電壓互感器相比 ,電容式電壓互感器除可防止因電壓互感器鐵芯飽和引起鐵磁諧振外,在經(jīng)濟和安全上還有很多優(yōu)越之處。電容式電壓互感器主要由電容分壓器 (CVD) 和中壓變壓器 (IVT) 組成 ,如圖 5-7 所示。電 容分壓器 (CVD) 由瓷套和裝在其中的若干串聯(lián)電容器組成 ,瓷套內(nèi)充滿持 0.1MPa 正壓的絕緣 油,并用鋼制波紋管平衡不同環(huán)境溫度以保持油壓。電容分壓器可用作耦合電容器連接載波 裝置。中

23、間變壓器 (IVT) 由裝在密封油箱內(nèi)的變壓器、補償電抗和阻尼裝置組成,油箱頂部的空間沖氮。一次繞組分為主繞組和微調(diào)繞組，一次側(cè)和一次繞組間串聯(lián)一個低損耗電抗器。由于電容式電壓互感器的非線性阻抗和固有的電容有時會在電容式電壓互感器內(nèi)引起鐵磁諧振，因而用阻尼裝置抑制諧振。 阻尼裝置由電阻和飽和電抗器串聯(lián)組成，跨接在二次繞組上。正常情況下阻尼裝置有很高的阻抗，當鐵磁諧振引起過電壓 ，在中壓變壓器受到影響前 ，電抗器已飽和了，只剩電阻負載，使振蕩能量很快被降低。團5-7電容式軋壓 互感器結(jié)構(gòu)圖電睜分壓器(CVDH 2-髙雄電容器3中匹電鑒器(G餌4一中壓戀壓器(IVT)i 5補償電拭器】6-二次端子

24、；7變崔器繞組+ 8-m尼裝置；9徳調(diào)總蛆f 10徵調(diào)端子和低壓端子(不用載疲設(shè) 備時低壓端子應接地)與電磁式電壓互感器相比，它具有以下特點：(1) 電容式電壓互感器除具有互感器的作用外，分壓電容還可兼作高頻載波通信的耦合電容。(2) 電容式電壓互感器的擊穿絕緣強度比電磁式高。(3) 誤差特性和暫態(tài)特性比電磁式互感器差，輸出容量較小。2原理電容式電壓互感器原理接線如圖5-8所示，包括了兩個大部分組成即電容分壓器和磁裝置。(1)電容分壓器包括高壓電容Ci(或稱主電容器)與串聯(lián)電容器 C2(分壓電容圖5乜電容式電壓互感器原理接線G-主分壓電容彳G分壓電容；YH電磁式電壓互感器；Ph P2保護間隙I

25、J一接地開關(guān)器),有三個接線端，被測的高電壓 U1接在第一接線端(一次)與接地端之間，中壓接線端與接地 端之間為中間電壓 U2,而電磁式電壓互感器感器 YH的一次側(cè)接電壓 U2。(2)電磁裝置實際上是一臺將中壓電壓降低到所需要的二次電壓值的互感器和電抗器L所組成。電抗器的作用是：由于分壓電容上的電壓會隨負荷變化而變化，如果在分壓回路串人一個電感以補償電容的內(nèi)阻抗，可以使電壓穩(wěn)定。又因為在二次回路中電壓較低，電流較大，阻抗電壓將影響其標準度，所以電容分壓器的輸出端不能直接與測量儀表相接，而要經(jīng)過電磁式電壓互感器降壓后再接儀表。(3) 保護裝置包括兩個火花間隙Pl與P2用來限制補償電抗器和電磁式電

26、壓互感器與分壓器可能出現(xiàn)的高電壓，阻尼電阻Rd,是用來防止持續(xù)的鐵磁諧振。(4) 載波耦合裝置(結(jié)合濾波器)是一種接通載波信號的線路元件。它接到電容式分壓器接地端與地之間。其阻抗在工頻電壓下很小，完全可以忽略，但在載波頻率下數(shù)值卻很可觀。不接載波耦合裝置時，接地開關(guān)J應合上。二、故障的基本情況1995年8月26日21時,500kV LT變電站運行人員在抄表時發(fā)現(xiàn)500kV#1母線(500kV采用3/2斷路器接線方式)電壓讀數(shù)比#2號母線高17kV，該變電站500kV系統(tǒng)為正常運行方 式(合環(huán)運行),#1號和#2號母線上裝設(shè)的是單相電壓互感器，作為斷路器合閘時同期電壓和儀 表測量用?；ジ衅鞯男吞?/p>

27、為TEHM-500SA,由加拿大引進，于1992年12月27日投產(chǎn)運行。當值值班員對現(xiàn)場設(shè)備進行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。三、故障分析上述現(xiàn)象可從以下幾個方面分析：(1) 表計誤差(這種現(xiàn)象在實際運行當中可能會碰到)。(2) 互感器本體故障。(3) 二次回路存在問題。1對表計誤差的檢查為了對表計進行檢驗，專業(yè)人員分別對 500kV#1、#2母線和相臨的500kV線路的BN線 電壓互感器二次端子箱內(nèi)的端子上的二次電壓進行了測量，所測各二次電壓數(shù)據(jù)如表 5-4所示。表5-4二次電壓測量結(jié)果(單位：V)設(shè)備名稱500kV#1 母線500kV#2 母線BN線二次電壓615958.9由表5-4可知，二次測量結(jié)果相差2V，該型號互感器的變比為：500/3/0.1/ 3，則二次電壓折算到一次為：2VX 500/ .3/0.1/3疋10kV，因表計指示的是線電壓，故應乘以