500 kV柳贺线串联电容补偿装置若干故障分析

500 kV柳贺线串联电容补偿装置若干故障分析
李凯枫;王灿胜
【摘要】Aiming at some faults of series capacitance compensation devices of 500 kV Liuhe lines in operation and testing such as malfunction of bypass switchgear resulted from direct current grounding,gap conduction caused for reason of abnor-mal sampling of platform fiber interface module,repeated and automatic exit of protection and air gap damage caused by ground triggering,this paper analyses reasons for these four faults.By using measures such as confirming correlated non-e-lectric quantities in delay,changing fault components,changing operational sequences of disconnectors and improving distri-bution and routing of on-scene secondary equipments,it improves anti-interference capabilities of secondary equipments. On-scene operation indicates that those applied measures are able to improve reliabilities of series capacitance compensation devices.%针对500 kV柳贺线串联电容补偿装置运行和试验中出现的一些故障，如直流接地导致旁路开关误动作、平台光纤接口模块采样异常导致间隙导通、保护重复性自动退出、地面触发空气间隙损坏等4种故障，分析故障
产生的原因，通过在控制逻辑中对相关非电气量开入进行延时确认、更换故障元件、改变隔离开关的操作顺序和改进现场二次设备的布局走线等措施，提高了二次设备的抗干扰能力。

现场运行情况说明所采取的措施能提高串联电容补偿装置的可靠性。

【期刊名称】《广东电力》
【年(卷),期】2014(000)003
【总页数】4页(P87-90)
【关键词】串联补偿;平台光纤接口;可编程逻辑控制器;干扰
【作者】李凯枫;王灿胜
【作者单位】中国南方电网超高压输电公司梧州局，广西梧州543002;中国南方
电网超高压输电公司梧州局，广西梧州543002
【正文语种】中文
【中图分类】TM732
500 kV 串联补偿技术在电力系统中的应用越来越广泛，成为提高输送能力、减少线路走廊的重要手段。

其所涉及的系统应用、主设备选型以及控制保护系统设计等领域已有很多文献介绍［1－3］，对于现有串联补偿系统中保护与控制系统的配置、二次系统抗干扰、硬件系统和软件系统的逻辑等方面出现的一些问题也有许多的分析和研究［4－7］。

500 kV 柳贺线固定串联电容补偿装置（以下简称“贺州串补”）自投运以来，出现了多种故障类型和一些重复性故障，直接影响了线路运行的安全性和稳定性。

本文针对贺州串补运行和试验中出现的几种故障现象，分析其产生原因，并提出解决和防范措施。

1 贺州串补技术特点
贺州串补包括500 kV 柳贺甲、乙线2套串联补偿装置，为美国通用电气公司产品。

串联电容补偿装置总容量为780 Mvar，每条线路补偿度为40%。

装置的电容采
用内熔丝型电容器组，控制保护系统采用2套独立的冗余配置，其中电容器保护
水平（标幺值）为2.37，金属氧化物避雷器动作电流为13.1 kA，间隙时间为0.5 s时承受电流能力为100 kA。

贺州串补一次接线如图1所示。

图1 贺州串补一次接线
贺州串补的电流互感器（current transformer，CT）采用集中式布置，所有CT 都安装在CT架上，由CT采集到的电流信号都进入平台上的一个柜子中，该柜子除了能抵御外界天气环境的影响外，还有电磁屏蔽的作用。

柜内的平台光纤接口（platform fiber optic interface，PFOI）模块将所有的CT信号进行模数转换和电光转换，这与CT 分散式布置不同。

2 运行过程中出现的主要问题及解决措施
2.1 直流系统接地导致旁路开关误动作
2.1.1 旁路开关故障信号和保护动作行为
串联电容补偿装置的旁路开关故障信号和保护动作行为见表1，当保护装置接收到旁路开关“三相不一致”、“SF6 压力极低”、“储能弹簧故障”、“1路、2路控制电源消失”中任意一个开入量时，便不经延时旁路串联补偿回路，并永久闭锁保护。

2.1.2 故障情况
2009年12月11日柳贺甲线串联电容补偿装置B套保护激光数据模块（laser date module，LDM）绝缘故障，造成110 kV 直流系统接地，柳贺乙线串联电容补偿装置旁路。

根据故障录波图，在直流系统接地后，柳贺乙线B 套保护收到一个5.5 ms的“三相不一致”开入量，但实际并不存在旁路开关三相不一致的现象。

试验发现，当直流电源正极接地时，贺州串补第二套保护数次出现误动现象，误动时保护面板及录波均显示有外部开入量，如开关“SF6 压力极低”、“储能弹簧故障”、“电机电源消失”等信号，每次误开入量都不尽相同。

在端子排上拆除误开入量对应端子的抗干扰电容后，进行人工直流电源正接地试验，保护面板及录波显示误开入量数目有所减少，但不能完全杜绝。

表1 旁路开关故障信号和保护动作行为保护发闭锁命令本体三相不一致动作动作
动作SF6 压力极低动作动作动作储能弹簧故障动作动作动作1路、2路控制电源消失动作动作动作SF6 压力低动作不动作不动作1路控制电源消失动作不动作不动作2路控制电源消失动作不动作不动作本体信号保护告警保护发旁路命令电机电源消失动作不动作不动作
由于串联电容补偿装置的控制保护系统在相关开入量输入端子上对地并接了抗干扰电容，当柳贺甲线串联电容补偿装置B套保护因LDM 的电源故障造成直流电源正极接地时，在电缆对地电容和抗干扰电容的共同作用下，电容充、放电产生短暂的开入脉冲，导致连接在同一段直流母线上的柳贺乙线串联电容补偿装置B 套保护因接收到“三相不一致”等开入量而异常动作。

由于控制保护对开入量没有设置延时确认，在相关严重故障信号开入后立即出口旁路，并闭锁串联电容补偿装置。

2.1.3 解决措施
对贺州串补保护软件进行了升级，即在保护的控制逻辑中，对旁路开关的一些本体保护信号开入量增加100 ms延时，以防止110 kV 直流系统接地时出现误开入。

保护升级后再对直流系统进行接地试验，上述异常再未发生，说明措施有效。

2.2 PFOI采样异常导致间隙导通
2.2.1 间隙导通判断逻辑
保护监控系统不断地监视流过间隙的电流Ig，当Ig＞Igt（Igt为间隙导通死区电流）时，开始进行累加计算，其计算式为
式中：Ia 为电流累加值，dt 为时间变化量。

若Ia＞It（It 为间隙导通阈值），则发出间隙导通旁路的告警信号，并旁路对应的开关。

2.2.2 故障情况
2012年9月15日4时25分46秒，柳贺乙线串联电容补偿装置B 套保护动作，串联电容补偿装置三相旁路。

检查线路无故障，A 套保护无任何动作信息。

B 套保
护就地人机界面（human－machine interface，HMI）显示：间隙导通旁路U 相，断路器5201三相合闸。

柳贺乙线串联电容补偿装置B 套保护U 相间隙故障录波如图2所示。

图2 柳贺乙线B套保护U相间隙故障录波
从图2可以看出，柳贺乙线B 套保护U 相间隙电流在故障前突然由150 A 变为200 A 左右，持续0.9 s后，保护判断为间隙触发，将串联电容补偿装置三相旁路。

但进一步分析发现，间隙电流在故障前就已存在150 A 左右的偏移量，在故障前0.9 s突变为200 A 左右，故障后又变为45 A 左右。

检查最近一次故障录波，发
现该套保护的U相间隙电流也是45 A 左右，故判断45 A 是保护固有的偏差。

再检查历史曲线，发现U 相间隙电流的突变在当天2时30分就开始出现，在4时
25分再次出现。

为了查找间隙电流偏移量的产生原因，对该套保护做了多种试验，发现在改变柳贺乙线B 套保护U 相PFOI的供能方式时，会导致串联电容补偿装置采样有很大的
直流偏移量，最大达270 A。

2.2.3 解决措施
导致本次柳贺乙线串联电容补偿装置旁路的主要原因是B 套保护U 相间隙电流采
样运算异常，保护判断为“间隙导通”后，根据保护动作逻辑，串联电容补偿装置三相旁路。

更换采样异常的PFOI模块后，该故障再未出现。

2.3 保护自动退出
据不完全统计，柳贺甲线串联电容补偿装置从2009年6月投运至今，B 套保护自动退出数十次，且无规律性。

在非等电位操作隔离开关QS1（如图1所示）时，
该保护也会出现异常退出的情况。

2.3.1 单套保护退出逻辑
引起保护退出的原因有：HMI手动退出、110 V 直流失压、24 V 直流失压、可编
程逻辑控制器（programmable logic controller，PLC）故障或把关器故障、通信故障、LDM 故障、地面光纤接口（ground fiber optic interface，GFOI）模块故障。

单套保护退出后，本套保护闭锁出口命令，自动断开控制回路出口模块的电源，使得PLC 不能输出控制信号（控制程序仍继续运行），并对另外一套保护发出告警。

2.3.2 故障情况
柳贺甲线串联电容补偿装置B 套保护退出时显示的故障信息见表2，同时保护屏“保护功能退出”灯亮。

表2 柳贺甲线串联电容补偿装置B套保护退出故障信息信息来源故障信息后台监控 B套保护PLC故障B 套保护退出A 套保护HMI另一套保护故障另一套保护计数器超时另一套保护退出B套保护HMI保护退出数字故障录波器故障PLC故障GFOI－LDM 通信故障（故障相别随机，该信号不一定出现）
查看保护退出时的故障录波并未发现异常。

通过PLC联机软件调取内部的故障列表，发现远程终端设备（remote terminal unit，RTU）的开出信号模块在自检过程中出现短暂丢失的故障，从而导致保护退出。

对于非等电位操作隔离开关QS1 时出现保护退出的现象，由于该隔离开关距离保护小室较近，非等电位操作隔离开关时拉弧产生的电磁干扰沿电缆入侵保护装置，导致保护退出。

对此，对B 套保护的PFOI模块至地面的2根并行数据光纤进行误码数监测。

非等电位拉开隔离开关QS1 时，在U 相检测到4个误码，W 相有64个误码，因此可以确认非等电位操作该隔离开关时，电弧对GFOI模块与LDM 之间的通信产生了干扰，致使误码增加，导致GFOI－LDM 通信故障，保护自动退出。

2.3.3 应对措施
上述出现的保护自动退出问题，在清除故障重启PLC后，故障消失，保护恢复正
常，说明该故障是瞬时故障。

结合多次故障情况，对装置进行了全面的检查和接地点改造，但该套装置仍会发生这种故障，而另外三套保护没有发生故障。

经过多次试验和对部分模块进行对调、更换后，目前未出现类似现象。

非等电位操作隔离开关时，改用先拉开隔离开关QS2，再操作隔离开关QS1，则保护退出现象有所减少，但未能杜绝，该问题有待深入研究。

2.4 空气间隙触发回路故障
2010年5月27—28日，在对柳贺甲线串联电容补偿装置进行试验时发现，平台火花间隙触发回路共6块地面触发空气间隙（ground TAG triggering，GTT）板（每相2块，分别对应A、B 套控制保护系统）中的4块出现故障，导致火花间隙触发回路无法正常工作。

GTT 板的主要功能是在接收到地面控制保护系统转发的线路保护跳闸命令，且串联电容补偿装置的线路电流标幺值大于1.35、电容器组两端的电压标幺值大于1.8时，快速触发火花间隙，使电容器组旁路放电。

由于只有2 块GTT板正常，因此无法实现线路故障时分相触发火花间隙短接电容器组的功能。

返厂测试分析发现，GTT 板损坏的原因是：散热片安装不紧凑，以致GTT板无法及时散热；光隔离元件损坏，造成过电压或过电流而导致短路。

解决措施：将损坏的GTT 板返厂维修，并对所有的GTT板散热片进行了检查和紧固，对控制回路的导线和屏蔽线进行耐压测试。

措施实施后再未出现该故障。

3 结束语
影响串联电容补偿装置安全、稳定运行的因素很多，故障以二次设备居多，说明二次设备稳定性相对较低。

目前中国在运串联电容补偿装置的制造厂家众多，控制保护系统不尽相同，加上欠缺一些运行维护经验，因此提高二次系统的抗干扰能力和加强运行维护经验的交流，将有利于串联电容补偿装置的稳定运行。

参考文献：
［1］林林，李永东，王建伟，等.500 kV 串联补偿装置过电压保护研究［J］.电
力电容器与无功补偿，2012，33（5）：38－44.LIN Lin，LI Yongdong，WANG Jianwei，et al.Study on Overvoltage Protection for 500 kV Series Compensation Devices［J］.Power Capacitor ＆Reactive Power Compensation，2012，33（6）：69－75.
［2］樊玥，向铁元，权白露.串联补偿装置的电气设计与实现［J］.高电压技术，2003，25（5）：55－57.FAN Yue，XIANG Tieyuan，QUAN Bailu.Design and Realization of Series Compensation Device［J］.High Voltage Engineering，2003，25（5）：55－57.
［3］李长益，魏旭.金属氧化物可变电阻用于串联补偿装置［J］.高电压技术，2002，28（7）：41－44.LI Changyi，WEI Xu.The Application of Metal Oxide Varistors in Fixed Series Compensation［J］.High Voltage Engineering，2002，28（7）：41－44.
［4］潘勇斌，杨绍远.500 kV 河池固定串补运行情况分析［J］.电网技术，2008，32（增刊2）：82－85.PAN Yongbin，YANG Shaoyuan.Introduction and Operation Analysis of Fax Series Compensation in Hechi［J］.Power System Technology，2008，32（S2）：82－85.
［5］李国武，杜荣生，武宇平，等.串补保护现场技术问题分析与防范措施研究［J］.电力电容器与无功补偿，2012，33（6）：69－75.LI Guowu，DU Rongsheng，WU Yuping，et al.Field Technology Problem Analysis and Research of Precaution Measures for Series Capacitor［J］.Power Capacitor ＆Reactive Power Compensation，2012，33（6）：69－75.
［6］秦际明，黄康驾，刘相枪，等.串补控制保护PLC电源故障导致串补旁路的
分析［J］.南方电网技术，2009，33（3）：80－83.QIN Jiming，HUANG
Kangjia，LIU Xiangqiang，et al.Analysis on Series Compensation System Bypass due to Power Fault of Programmable Logic Controller
［J］.Southern Power System Technology，2009，33（3）：80－83. ［7］王奇，张楠，程江平，等.500 kV固定串补区外故障间隙自触发问题分析［J］.电力系统保护与控制，2010，38（17）：174－178.WANG Qi，ZHANG Nan，CHENG Jiangping，et al.The Analysis of Gap Self Trigger Problem on 500 kV Fixed Series Compensation at Out－area Fault［J］.Power System Protection and Control，2010，38（17）：174－178.。