成套電容器組中性點電流互感器開裂原因的分析

摘要： 以臺山發電廠2×600 MW機組為例，全面闡述了Siemens公司一段式全程給水控制系統的特點，對該系統在給水泵啟動控制、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題及其改進方法進行了詳細的分析，并深入地研究了該系統的調試及投運方法。
關鍵詞： 性點 電流互感器 故障 動穩定 MALAB
1 引言??
　　
　 　最近我單位發生了兩起110kV變電站的10kV電容器組中性點電流互感 開裂的故障，其中一起故障的經過如下：
　　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，立即發生中性點電流互感器擊穿開裂的現象(圖 1)，同時161開關跳閘。故障前該電容器組的結構示意圖如圖2。

　　從圖2中可以看出，當某一個電容器貫穿性擊穿損壞以后，該相的其它電 容即被短路，電容值變為零(圖3)，該支路的阻抗減小，雙星形的兩個中性點電位不一致，出現不平衡電流，且電流是突然增大的，暫態過程中的電流很大，導致中性點電流互感器損壞。??
　　要定量地分析損壞的原因，需計算161斷路器合閘后的暫態過程。借助 MALAB的電力系統模擬工具箱(PSB)，可非常方便分析出暫態過程中的電流變化情況。??

2　合閘于故障電容器情況的模擬
??
　　根據一次模擬圖,用PSB建立如圖4的系統模型圖.該系統模型圖的說明如下：
　　10kV的電源來自110kV主變,其內阻忽略不計,故采用三個理想的正弦波電源,相角相差120°.斷路器的初始狀態為分.在一個周波即20ms后合上，斷路器接觸電阻取100μΩ,沒有 并聯電阻和并聯電容。串聯電抗器的電抗值為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，因模擬計算的關系，C1不能為零，取1e-16F，C2～C6為正常的電容值，8μF。R L為方便模擬計算用的負載，此處設為電容器組母排對地電容，取1pF。中性點電流互 感器采用PSB中的元件，參數按照實際情況取，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的標么值。B1 ～B4是母線，這里用作節點以方便連線，用連線模擬成實際的網絡拓撲結構以后即可進行模擬計算。

用不同的網絡拓撲結構進行多次模擬，可發現電壓互感器的參數及其 負載的參數對中性點電流的影響微弱，可忽略不計，原因也是顯而易見的，因為它們是并聯在電容器組上的。??
　　用圖4的系統模型圖，不同的初相角進行多次模擬，模擬的結果由各個示波器觀察，示波器3反映的即為流過中性點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°時的波形。??
　　從一系列波形圖可以發現,A相的角度為0°和180°時流過中性點電流互感器的暫態電流最小,A相的角度為90°和270°時暫態電流最大,且90°和270°時 的相位暫態電流也相差180°.在角度為90°出現的最大暫態電流峰值為1750A，是一高頻電流，頻率約為10.4z。暫態電流在約0.002秒后衰減到穩態，穩態電流峰值為12.5A，衰減后的波形片斷見圖6。

3　中性點電流互感器擊穿的原因分析

　　該電流互感器的型號為LZJC-10型，1999年2月出廠，電流比15/5，其技術 數據為1s熱穩定倍數75，動穩定倍數150，按照一次側15A的額定電流計算， 動穩定極限是3182A(峰值)。同時在模擬時也發現，最大電流值對中性點電流 互感器的參數敏感，若取的參數再小一點，最大電流值可超過2000A，在不計中性點電流互感器的阻抗時，最大電流為2500A。從模擬出的暫態電流值，我們可以推斷出該電流互感器擊穿的原因是動穩定失穩。從破碎的情況也可以看出，線圈間的間隙變大，說明線圈在受到電動力后的變形，而變形超過了環氧樹脂的承受能力，導致環氧樹脂崩裂，而鐵軛上幾個細小的放電點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電容器組也發生了一起中性點電流互感器擊穿的故障，故障后開關跳閘，現場檢查的現象是某一電容器熔絲熔斷，同時中性點電流互感器開裂。該成套電容器組與新升變161電容器的設備是相同的設備。從故障后的情況分析，可以推斷出是某一電容器首先故障，導致流過中性點電流互感器的電流突然增大，因保護動作使該電容器組斷路器跳閘的時間需0.1s左右，而暫態過程比較短，僅1/10個工頻周波左右，因此在跳開開關之前，暫態電流已經使電流互感器損壞。
??
4 結論與對策
??
　　新升變電容器組中性點電流互感器在送電時開裂，竹輝變電容器組中性點電流互感器在運行中發生開裂，說明該電流互感器未達到設計的性能指標，是造成損壞的主要原因。而同型號的電容器組以前也發生過熔絲熔斷、開關跳閘的情況，為什么沒有出現開裂的情況呢？從上述模擬過程可以看出，暫態電流的大小與相角有關，0°和180°附近電流很小，不會造成動穩定失穩。再者，從電容器組成套產品設計角度上講，即使在最惡劣的90°和270°情況下，暫態電流也不會超過動穩定極限值，但是已經接近了產品的性能極限，因此很難避免電流互感器開裂的發生。??
　　新升變161電容器組故障，開關跳閘后，檢修人員到現場，更換了熔絲，在沒有讓電試班檢查電容器狀況的情況下，就恢復送電，是導致中性點電流互感 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。??
　　為了加大動穩定的裕度，建議是否可考慮采用一次額定電流為40A或以上的中性點電流互感器，這樣從理論上講，動穩定電流的極限值加大了一倍，裕度可加大，另外可以通過保護的調整來彌補中性點不平衡電流保護靈敏度的降低，以避免發生類似的故障。??