探讨主变由运行状态转充电运行状态对35kV电容器组过电压保护的影响

探讨主变由运行状态转充电运行状态对35kV电容器组过电压保护的影响

卜启铭

（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.