500kV断路器并联电容外绝缘击穿几率的分析_郭志红

500 kV 断路器并联电容外绝缘击穿几率的分析
郭志红1 , 逯怀东2 , 王保利3 , 姚金霞1 , 朱振华1 (1 .山东电力研究院 , 济南 250002 ;2 .山东电力集团公司 , 济南 250001 ;
3 .山东超高压输变电公司 , 济南 250001)
摘 要 :为正 确估计较高幅值操作过电压在实际系统运行中发生的概率和可能的 危害 , 更 合理地配 置设备绝缘 水
500 kV Ⅱ母线跳闸 后 , 进行现 场检查分析 , 变 电站视频监测发现 , 在 00 :34 :52 时 , 变电站 500 kV 益潍 Ⅱ线间隔方向 , 出现火花放电亮光 , 持续约 5 s 左右 , 发生单相接地的大火光 , 40 ms 后切除故障电 流 。 对变电站 内有关一次设备 反复认真仔细 的检 查 , 发现 500 kV 益潍 Ⅱ线潍坊站侧 5056 断路器三 相 6 只并联电容两端法兰均有外绝缘放电击穿痕迹 (见图 1)。潍坊站避雷器均未动作 。 益都站侧益潍 Ⅱ线避雷器动作 , A 相避雷器动作 2 次 , B 相避雷器 动作 1 次 , C 相避雷器动作 3 次 。
上形 成较高幅值的过电压 , 导致三相断口同时击穿的结论 。并针对 该现象提出严格断路器 断口耐压 水平控制和 加
装断路器断口击穿继电保护功能等防范措施 。
关键词 :输电线路 ;操作过电压 ;绝缘水平 ;断路器断口 ;并联电容 ;击穿
中图分类号 :T M 684
文献标志码 :A
文章编 号 :1003-6520(2009)10-2383-07
平和限制保护措施 , 针对某 500 kV 线路在解环操作过程中发生的三相断路器并联电容外绝缘 击穿的事 故现象 , 等
值模拟了该系统的运行方式 , 建立了输电线路 be rger on 分布参数 数学模型 , 对事 件发生 的全过程 进行了 计算和 统
计分 析 , 从而得出在被操作线路末端出现一相断口击穿的 概率较低 , 但一旦发生单 相断口击穿 , 就极 易在其它两 相
图 4 线路导线排列方式 Fig.4 Line conductor arrangement
依次击穿 , 断口流过约 90 A 的线路电容电流 , 在 B 、 C 相断路器断口 并联电容上留 下轻微的放电 痕迹 (见图 3);约 4 s 后 , 潍坊站#2 母线系统发生 A 相接 地 。 电压录波显示在线路两侧分别形成最高达 1 . 65(潍坊侧)到 1 .8(益都侧)的操作过电压标么值 。
Group Corporat ion , Ji nan 250001 , Chi na ;3 .Ext ra H ig h Pow er Subcom pany o f Shandong Elect ric Pow er Gro up Co rporat ion , Ji nan 250001 , Chi na)
0 引言
近年来 , 我国各地各电压等级的 SF 6断 路器都 时常发生断口击穿事件 , 大部分原因是在变电站遭 遇重复雷电侵入波的情况下 , SF 6 断路器断口 内部 绝缘击穿 。但在一些 特殊情况下 , 在 500 kV 线路 正常的解环操作过程中 , 也会出现断路器断口外绝 缘击穿的小概率事件 。据了解国内曾发生过类似事 件 , 则非常有必要正确估计较高幅值操作过电压发 生的幅值[ 1] , 研究正常的操作较高的操作过电压出 现的概率[ 2] , 更合理地配置设备绝缘水平[ 3] 。
Abstract:In or der to accurately assess the higher amplitude ope rating o ver-v oltage , pr obability of occurrence and po ssible endange r in the reality system ope ratio n, to reasonably prov ide the insulation level and to fo rmula te the limit metho d and pro tection way , in accordance w ith the accidents phenomeno n o f breakdow n of three-phase circuit breaker s' parallel capacito rs ex te rna l insulatio n in the 500 kV line occurred o n unlink o per ation , the equivalence o f the sy stem run mode w as simulated , and the Berg ero n distribution pa rameter ma thematical model o f the tr ansmissio n line wa s established.M o reove r , the ov erall pro cess o f the event w as calculated and sta tistically analyzed.Results show tha t a probability o f br eakdow n o f single-phase fr acture is low w hen it is o per ated at lines end, but the higher ove r-vo ltag e is easily for med in the o the r two-phase , leading to three-phase breakdow n at same time .A nd acco rding to the phenomenon , same preve ntive mea sures are proposed, such a s contro l of circuit breaker insula tion level and installed a relay functio ns fo r the circuit breaker breakdow n. Key words:transmission line ;operating over-voltage ;insulation level ;breaker fracture;parallel capacitor ;breakdown
从线路两侧(潍坊站和益都站)保护录波图(见 图 2)可以看出 , 事故过程基本为 :在益潍 Ⅱ线潍坊 开断后 , 益都侧切空线 , 录波表明断路器无明显重燃 迹象 ;紧接着潍坊断路器三相发生 C 、B 、A 断口电容
2009 年 10 月
高 电 压 技 术
第 35 卷第 10 期
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图 2 线路两侧(潍坊站和益都站)保 护录波图 Fig.2 Protection of recorded wave map of lines on both sides (Weifang station and Yidu station)
1 故障经过和现场检查情况
2009-01-31T 00 :28 , 进行 500 kV 益潍 Ⅱ线退出 运行操作 , 潍坊站拉开益潍 Ⅱ线 5056 开关 。 7 m in 后 , 500 kV 益都站拉开益潍 Ⅱ线 5041 开关 , 约 5 s 后 , 潍坊站 500 kV # Ⅱ母线两套母差保护出口跳闸 , ห้องสมุดไป่ตู้开# Ⅱ母线所带的淄潍线 5051 开关 、母联兼旁路 5012 开关 、#2 主变 500 kV 侧 5002 开关及 母线分 段 5024 开关 。
本文针对我省 500 kV 电网系统运行中 , 在一次 500 kV 线路正常的解环操作过程中 , 发生的切空线 操作导致线路末端断路器三相断口并联电容外绝缘
击穿并发展为对地短路的事故 , 利用 EM T P 电磁暂 态分析计算程序[ 4] , 等值模拟该系统运行方式 , 建立 输电线路 berge ro n 分布参数数学模型 , 对事件发生 的全过程进行计算 、统计分析 , 从而得出被操作线路 断路器断口产生高幅值电压的概率和过电压幅值的 关系曲线 。 由此对断路器断口和断口电容器的操作 冲击耐受水平提出要求 , 并提出断路器的操作冲击 耐受试验要包括断口电容器一起进行 。 同时 , 针对 目前电力系统继电保护没有对电网中运行的断路器 操作情况进行监测和保护的功能 , 一旦断路器发生 断口击穿现象 , 系统无保护 , 一直要待故障扩大为接 地或相间故障 , 继电保护才动作 , 导致事故的扩大 , 提出断路器断口击穿保护的概念 。
Analysis of the Breakdown Probability of the External Insulation for 500 kV Breaker' s Shunt Capacitance
G U O Zhi-hong1 , L U H uai-dong2 , WA N G Bao-li3 , YA O Jin-xia1 , Z H U Zhen-hua1 (1 .Shando ng Electric Po wer Insti tute , Jinan 250002 , China ;2 .Shandong Elect ric P ow er
DO I :10.13336/j .1003 -6520.hve .2009.10.040
2第00395年卷1 0 第月
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期 日
高 电 压 技 术 H igh V olt age E ngi neering
V ol .35 N o .10 O ct .31 , 2009
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2 断口击穿原因的计算分析
受录波器采样速率的限制 , 实际系统操作过程 的过电压标么值可能高于记录的 1.65(潍坊侧)到 1.8(益都侧)。 为分析较高幅值操作过电压发生的 概率和幅值 , 建模对事件全过程进行了模拟计算 。
模拟计算是以山东电网典型运行方式的小方式 下进行系统等值[ 5] , 等值后的山东电网系统保留了 山东电网与益潍线密切相关的益都站 、潍坊站 、淄博 站 、崂山站 、莱阳站等变电站的 500 kV 线路 、变压 器 、高抗等设备 , 对其余 500 kV 系统和 200 kV 系 统进行等值简化[ 6] 。 益潍 I 线和 Ⅱ线 全长 66.252 km , 全线同塔双回 路 。 导线采 用 4 ×LGJ-400/ 35 型钢芯铝绞线 , 子导线 按方形四角布 置 , 分裂 间距 450 mm 。 全线不换位 。 避雷线的一 根为 GJ-80 镀 锌钢绞线 , 另一根为 OPGW 复合光缆 。 输电线路的 参数采 用导 线 和双 避 雷线 构成 的 多 导线 耦 合 系 统[ 7] , 即 bergero n 多 相 分 布 参 数 对 线 路 进 行 模 拟[ 8] , 线路土壤电阻率取 100 Ψm 。 线路导线排列方 式见图 4[ 9] 。
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Oct .2009
H igh Volt age Engineering
Vol .35 No .10
图 1 益潍 Ⅱ 线潍坊侧断路器 A 相并联电容放电击穿痕迹 Fig.1 Traces of parallel capacitance external insulation breakdown of Yiwei Ⅱ line' s circuit breaker A-phase in Weifang
益都站侧和潍坊站侧益潍 Ⅱ线故障录波器录波 见图 2 。
图 3 B 、C 相并联电容击穿典型痕迹 Fig.3 Traces of parallel capacitance of B and C phase
现场对益潍 Ⅱ线两侧及潍坊站#2 母线所涉及 的一次设备进行了电气试验和检查 , 主要有潍坊站 5056 断路器和益都站 5041 断路器分别进行了绝缘 电阻 、接触电阻 、机械特性(同 期)、介损 、SF 6 微水 、 SF6 污染物等检查 , 潍坊站益潍 Ⅱ线 5056 断路器并 联电容绝缘 、高压介损试验 , 潍坊站益潍 Ⅱ线 A 相 T A SF6 微水 、SF6污染物等检查 。 试验结果均合格 。