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一起750kV交流滤波器断路器合闸电阻故障案例分析.pdf
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1、46 东北电力技术NORTHEAST ELECTRIC POWER TECHNOLOGY2023 年第 44 卷第 7 期一起 750 kV 交流滤波器断路器合闸电阻故障案例分析王 鸿,江金成,殷红霞,焦 攀(国网新疆超高压分公司,新疆 乌鲁木齐 830000)摘要:2022 年 2 月 16 日,某换流站无功控制逻辑自动投入 7624 小组交流滤波器过程中,第二大组交流滤波器母线差动保护及 7624 交流滤波器差动速断保护 A/B 套动作,经现场检查故障原因为断路器内部合闸电阻击穿并最终发展为接地故障。首先,详细说明了合闸电阻原理及投入期间正常波形,结合故障录波,对此次故障原因进行分析定位。
2、然后,根据故障断路器解体情况,对本次故障发展过程进行深入分析,进一步对分析结果进行验证。最后,针对带合闸电阻的交流滤波器断路器投切控制进行了 PSCAD 仿真,分析了详细投切过程,阐明了过程中电流等电气量变化特点,提出了根本处理措施及跟踪分析方法,为带合闸电阻的交流滤波器断路器故障机理研究及运行维护提供参考和借鉴。关键词:无功控制;交流滤波器;合闸电阻;接地故障中图分类号 TM862文献标志码 A文章编号 1004-7913(2023)07-0046-07Accident Analysis of Circuit Breaker Closing Resistance Failure of 750
3、 kV AC FilterWANG Hong,JIANG Jincheng,YIN Hongxia,JIAO Pan(EHV Branch of State Grid Xinjiang Electric Power Co.,Ltd.,Urumqi,Xinjiang 830000,China)Abstract:On February 16th,2022,when the reactive power control logic of a converter station was automatically put into the process of 7624 groups AC filte
4、rs,the second largest group of AC filter bus differential protection and 7624 AC filter differential quick break protection A/B set acted.After on-site inspection,the cause of the fault was the closing resistance breakdown in the internal of the cir-cuit breaker,and finally developed into ground fau
5、lt.The principle of closing resistance and normal waveform during operation are de-scribed in detail.Combined with fault recording,the cause of the fault is analyzed and located.Then,according to the disassembly of the fault circuit breaker,the fault development process is deeply analyzed,and the an
6、alysis results are further verified.At the same time,PSCAD simulation is carried out for the switching control of AC filter circuit breaker with closing resistor.The detailed switching process is analyzed,and the characteristics of electrical quantity changes such as current in the process are clari
7、fied.The fundamental treatment measures and tracking analysis methods are proposed,in order to provide reference and reference for the fault mechanism re-search and operation and maintenance of AC filter circuit breaker with closing resistance.Key words:reactive power control;AC filter;closing resis
8、tance;ground fault0 引言交流滤波器是直流输电工程的重要无功设备,其运行可靠性直接影响着直流功率的输送1-9。2022 年 2 月 16 日 13 时 29 分,某换流站无功控制逻辑自动投入 7624 小组交流滤波器过程中,7624断路器 C 相内部闪络,第二大组交流滤波器母线差动保护及 7624 交流滤波器差动速断保护 A/B 套动作。经现场检查分析确定为交流滤波器断路器合闸电阻故障,经对断路器解体分析故障原因为断路器内部合闸电阻击穿3-11,并最终发展为接地故障。本文对此次故障原因进行详细分析定位,结合故障断路器解体情况,进一步对分析结果进行了验证,同时结合 PSCAD
9、仿真,针对带合闸电阻的交流滤波器断路器投切控制提出了临时跟踪方法及根本处理措施3-15。1 故障概述2022 年 2 月 16 日 13 时 29 分,换流站无功控制逻辑自动投入 7624 小组交流滤波器过程中,7624 断路器 C 相内部闪络,第二大组交流滤波器母线差动保护及 7624 交流滤波器差动速断保护 A/B 套动作,进线断路器 7022、7023 跳闸,7621、7622、7623、7624 小组交流滤波器跳闸,750 kV 2023 年第 44 卷第 7 期王 鸿,等:一起 750 kV 交流滤波器断路器合闸电阻故障案例分析47 711B 变压器进线断路器 7626 跳闸,站用电
10、回失压,备自投正确动作;无功控制自动投入 7634、7635、7644、7645 小组交流滤波器,直流系统未受影响。主要事件记录见表 1。表 1 主要事件记录时间主要事件描述13:29:15.100U 或 Q 控制模式投入交流滤波器13:29:15.201WA.Z2.W24.Q1(7624)合位13:29:15.696母差保护动作,变化量差动跳第二大组交流滤波器母线13:29:15.6977624 差动速断保护动作,跳 7624交流滤波器断路器13:29:15.740交流场断路器 WA.W2.Q2(7022)分位13:29:15.741交流场断路器 WA.W2.Q3(7023)分位13:29:
11、15.741711B 降压变 WA.WT.Q1(7626)分位13:29:15.745交流滤波器场断路器WA.Z2.W22.Q1(7622)分位13:29:15.747交流滤波器场断路器WA.Z2.W24.Q1(7624)分位13:29:15.747交流滤波器场断路器WA.Z2.W23.Q1(7623)分位13:29:15.747交流滤波器场断路器WA.Z2.W21.Q1(7625)分位13:29:25.78066 kV 低抗 WC1.Z4.Q1(644)分位13:29:25.78266 kV 低抗 WC1.Z3.Q1(643)分位13:29:26.284U 或 Q 控制模式投入交流滤波器13
12、:29:26.392交流滤波器场断路器WA.Z3.W34.Q1(7634)合位13:29:37.475U 或 Q 控制模式投入交流滤波器13:29:37.581交流滤波器场断路器WA.Z3.W35.Q1(7635)合位13:29:48.659U 或 Q 控制模式投入交流滤波器13:29:48.752交流滤波器场断路器WA.Z4.W44.Q1(7644)合位13:31:25.477U 或 Q 控制模式投入交流滤波器13:31:25.570交流滤波器场断路器WA.Z4.W45.Q1(7645)合位2 故障检查2.1 现场检查情况故障发生后,通过对事件记录及故障录波分析,判断故障点位于 7624 C
13、 相。现场检查发现7624 C 相断路器非机构侧接地排存在烧蚀痕迹,其他设备状态正常。对 7022、7023 及 7624 断路器气室开展 SF6分解物浓度检测,发现 7624 断路器C 相气室 SO2分解物 39.4 L/L,CO 分解物 16.9 L/L,HF 分解物含量超出仪器量程(量程为 20.0 L/L),其余气室测试数据无异常。初步判断为7624 断路器 C 相本体内部发生闪络故障。图 1 7624 C 相断路器气室分解物异常2.2 保护动作情况分析2.2.1 7624 小组差动保护动作情况分析交流滤波器小组差动保护采样为小组断路器TA(滤波器侧)及滤波器尾端 TA,大组保护采样为
14、小组断路器 TA(#62M 侧)及交流场串内边、中断路器 TA。由故障录波图 2、图 3 可以看出,AFP2A、AFP2B 装置波形中,SC-1 C 相差动电流启动时刻分别为 19 624Ie、18 646Ie,首端 C 相电流分别为 26 490 A、26 341 A,小组差动电流 C 相一次值分别为 19 620 A、18 649 A。图 2 AFP2A 波形(只含故障相波形)图 3 AFP2B 波形(只含故障相波形)第二大组第 4 小组滤波器类型为 SC,容量为380 Mvar,计算其额定电流为 Ie=380/775/1.732=283.22 A。滤波器速断差动启动值装置内固化为48 东
15、北电力技术2023 年第 44 卷第 7 期0.33Ie(75 A),差动速断动作值装置内固化 3Ie(681.66 A),AFP2A、AFP2B 装置中保护启动时SC-1 C 相差动电流分别为 19 624Ie、18 646Ie,大于启动值 0.33Ie(75 A),2 套保护启动正确。同时 AFP2A、AFP2B 装置中保护启动时 SC-1 C 相差动电流分别为 19 624Ie(5 557 909.28 A)、18 646Ie(5 280 920.12 A)也 远 超 过 差 动 速 断 定 值 3Ie(849.66 A),A 套保护装置经过 11 ms 小组差动速断动作,B 套保护装置
16、经过 10 ms 小组差动速断动作,AFP2A、AFP2B 装置中差动速断保护动作时SC-1 C 相差动电流分别为 3606Ie、9748Ie,保护正确动作。2.2.2 交流母线差动动作情况分析换流站 7624 小组滤波器稳态差动动作需要满足 2 个条件:启动电流大于 3000 A(定值);各支路电流和的绝对值与各支路电流绝对值的和之比值大于 0.5。查看故障录波见图 4、图 5,交流滤 波 器AFP2A 套#62M 差动电流 C 相为-41 614.471 A,绝对值大于 3000 A。经计算各支路电流和的绝对值为 41 622.545 A,各支路电流绝对值的和为 47 903.323 A。
17、K 为 0.99,大于 0.5。交流滤波器AFP2B 套#62M 差动电流 C 相为-43 396 A,绝对值大于 3000 A。经计算各支路电流和的绝对值为43 396.329 A,绝对值的和为 43 482.723 A。K 为1,大于 0.5,保护正确动作。图 4 交流滤波器 AFP2A 第二大组各支路电流(只含故障相波形)2.2.3 故障定位换流站交流滤波器保护配置如图 6 所示。由图6 可知,交流滤波器母线差动保护与 7624 小组差动保护动作的公共区域为 7624 断路器两边 TA 之间的区域,综合 7624 断路器 C 相外观检查及 SF6分解物检测结果,可判断 7624 C 相断
18、路器 2 个套图 5 交流滤波器 AFP2B 第二大组各支路电流(只含故障相波形)图 6 第二大组交流滤波器保护测点及故障位置定位管 TA 之间区域内部发生闪络,结合前期设备异常经验,初步判断为合闸电阻异常所致。3 原因分析3.1 录波分析情况3.1.1 正常合闸波形在交流滤波器断路器合闸操作瞬间,交流滤波器中电容器元件处于未充电状态,交流母线流入交流滤波器电流大小只受其支路阻抗的限制。合闸瞬间支路状态接近于短路,支路的阻抗很小,此时将产生很大的合闸涌流。断路器由分闸状态开始进行合闸操作时,电阻断口从机械上晚于主断口 811 ms 合闸。主断口合闸时,合闸电阻投入,预投入时间为 8 11 ms
19、,电阻断口合闸后将合闸电阻短路。一次主回路示意图如图 7 所示。正常情况下,合闸电流波形会有合闸电阻投入时刻、平滑过渡、合闸电阻退出时刻、电流振荡直至趋于正常这几个阶段,如图 8 所示。2023 年第 44 卷第 7 期王 鸿,等:一起 750 kV 交流滤波器断路器合闸电阻故障案例分析49 图 7 一次主回路图 8 正常合闸波形合闸时,合闸电阻断口与主断口同时受到操动机构的驱动进行合闸,主断口电气关合后合闸电阻投入,出现合闸涌流,在合闸电阻投入的半个周波(811 ms)内,合闸电阻抑制合闸涌流,表现为合闸电流波形平滑,无尖峰。合闸电阻断口关合后将合闸电阻短接,合闸电阻退出运行,合闸涌流增大,
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