耦合电容器故障引发局部电网甩负荷的分析

耦合电容器故障引发局部电网甩负荷的分析
摘要：介绍一起由耦合电容器故障所引发局部电网甩负荷的故障，结合保护动作情况、事件的各种记录，对故障发展过程和局部电网甩负荷的原因进行了分析，同时提出了防范措施和运行管理方面的建议。

关键词：局部电网；运行方式；继电保护；甩负荷
2002年7月15日凌晨3时11分，沙角A电厂220kVGIS站220kV沙立线零序一段、距离一段、高闭零序保护动作出口跳开L1相开关。

重合后，L1相、L2相再次发生相间故障，零序三段保护加速跳开三相；沙立线L1相耦合电容器爆炸起火。

沙角B电厂1号、2号联络变压器过流保护动作跳闸；沙角A电厂1号、2号炉MFT动作，锅炉灭火，1号、2号机组减负荷最低至30MW；系统220kV珠北线过载，北栅变电站安全自动过流切负荷装置动作，切除120MW负荷；而单电源供电的立新站2号母线220kV母联自投不成功，损失负荷160MW。

故障时电网接线方式见图1。

1、故障前系统运行方式
图2为沙角A电厂220kVGIS站电气一次主接线图，其采用双母线并列运行方式。

沙角A电厂1号机组出力200MW，2号、3号机组各出力210MW，接入220kV系统。

沙角A电厂220kV系统与500kV系统通过沙角B电厂1号、2号联络变压器相连。

故障前，沙角500kV系统通过1号、2号联络变压器分别向沙角220kV系统送210MW、220MW的负荷；5条220kV线路（沙北甲、乙线，沙长甲、乙线，沙立线）、4条500kV线路（沙江甲、乙线，沙增线，沙鹏线）皆在正常运行；沙角A电厂2×300MW、沙角B电厂2×350MW、沙角C电厂3×660MW机组皆在正常运行并接入沙角500kV系统。

5条220kV出线输送负荷情况如下：沙立线160MW，沙北甲线100MW，沙北乙线110MW，沙长甲线330MW，沙长乙线350MW。

沙角A电厂01号02号起动-备用变压器处于空载运行状态。

故障前沙角A电厂220kVGIS站及相邻220kV变电站的联络情况如下：沙角A电厂220kVGIS站通过沙长甲、乙线向220kV长安站供电，通过沙北甲、乙线向220kV北栅站供电，通过沙立线向220kV立新站供电；珠江电厂通过珠北线向220kV北栅站供电，而北栅站还通过一线路同220kV大朗站相连；220kV立新站采用双母分段运行方式，两条母线都采用单电源供电，一母线通过220kV沙立线由沙角A电厂220kVGIS站供电，另一母线由220kV板桥站供电；沙角A电厂220kVGIS站通过沙角B电厂1号、2号联络变压器与沙角500kVGIS站相连。

2、耦合电容器损坏情况及原因分析
2.1耦合电容器损坏情况
220kV沙立线L1相耦合电容器（型号为KHC245，5nF，法国阿尔斯通公司制造）已完全炸碎；L2相耦合电容器部分瓷裙崩裂，瓷套被电弧烧黑并漏油，低压端引出线烧断；L2相阻波器内的避雷器炸掉，电容器组烧毁；L1相结合滤波器内有部分电容器炸毁。

2.2耦合电容器故障原因
沙立线曾于2002年5月28日停电对耦合电容器按规程要求进行了介损、电容值测量等试验，所有测试数据均未超出预防性试验规程的规定，显示其设备状态正常。

故障前，沙立线分别在6月18日11时13分和7月14日14时05分因雷击造成L1相接地故障跳闸，并重合成功。

从故障录波图可以看出，此次故障也是线路L1相先发生接地故障，L1相跳闸后再重合时转为L1相、L2相相间短路接地。

由于线路的重合闸是线路对侧开关先合，沙角A电厂侧开关检同期后合，因而每次的重合，电厂侧的耦合电容器均受到高电压的冲击。

由此可见，本次耦合电容器故障的主要原因是短期内沙立线遭受了几次雷击，单相跳闸后重合，使设备在短期内承受了多次雷电过电压和操作过电压的冲击，耦合电容器内部有部分膜纸复合绝缘产生沿面放电，产生了局部闪络。

15日凌晨，在系统电压较高情况下，绝缘被彻底击穿，对地放电，耦合电容器击穿、爆炸。

当然，也不排除以下情况：耦合电容器已运行16年，其内部绝缘油强度下降，黏度变大，其耐压水平逐年降低；本线路出线端未装设避雷器（按设计规程其在母线避雷器的保护范围内），耦合电容器、电容式电压互感器、阻波器等出线设备经常会受到雷电的冲击，设备性能已劣化。

3、局部电网甩负荷原因分析
3.1立新站甩负荷原因
220kV沙立线L1相耦合电容器击穿、爆炸，沙立线由L1相故障转L1相、L2相相间对地故障，线路保护正确动作切除故障，将故障点同系统隔离。

但由于220kV立新站采用双母线分段运行方式，两条母线都采用单电源供电，立新站2号母线损失负荷
160MW，是由于立新站220kV母联开关自投不成功所导致。

3.2北栅站甩负荷原因
故障前，沙角A电厂1～3号发电机-变压器组及两台联络变压器通过沙角A厂220kVGIS站向5条220kV线路送负荷1.050GW。

220kV沙立线耦合电容器的故障引发
1号、2号联络变压器跳闸和沙角A电厂1号、2号炉灭火减负荷至30MW，沙角A电厂220kVGIS站外送负荷降低至仅有1～3机组提供的260MW负荷，使北栅站220kV 珠北线过载。

北栅变电站安全自动过流切负荷装置动作，切除120MW负荷。

因1号、2号联络变压器跳闸和1号、2号炉MFT灭火无统一的时间记录，依据线路故障录波图、联络变压器保护动作情况、发电机励磁调节器录波图及锅炉MFT时动作记录情况，可判断其顺序。

220kV沙立线故障录波图显示，沙立线第1次L1相故障，持续时间约50ms，故障电流达30.5kA；第2次的L1相、L2相相间对地故障持续约160ms，故障电流仅为18.6kA。

而1号、2号联络变压器为方向过流保护（整定值为2.4kA，0s出口）动作跳闸，因此1号、2号联络变压器在线路第1次L1相故障、故障电流达30.5kA时已跳闸。

从1～3号发电机励磁调节器录波图可知，线路故障时1～3号发电机机端电压有两次降低过程，且两次故障时1～3号发电机的励磁调节器都迅速强励，线路故障时，发电机的励磁电流最高约到1.46倍额定励磁电流。

从表1可知，第1次故障时发电机机端电压最低约降至额定电压的87%。