成套电容器组中性点电流互感器开裂原因的分析

摘要： 以台山发电厂2×600 MW机组为例，全面阐述了Siemens公司一段式全程给水控制系统的特点，对该系统在给水泵启动控制、给水阀切换、给水泵最小流量控制和汽包水位控制等方面存在的问题及其改进方法进行了详细的分析，并深入地研究了该系统的调试及投运方法。
关键词： 性点 电流互感器 故障 动稳定 MALAB
1 引言??
　　
　 　最近我单位发生了两起110kV变电站的10kV电容器组中性点电流互感 开裂的故障，其中一起故障的经过如下：
　　2002年5月24日，110kV新升变电站161#1电容器组中的#16电容器熔丝 熔断，更换熔丝后送电，立即发生中性点电流互感器击穿开裂的现象(图 1)，同时161开关跳闸。故障前该电容器组的结构示意图如图2。

　　从图2中可以看出，当某一个电容器贯穿性击穿损坏以后，该相的其它电 容即被短路，电容值变为零(图3)，该支路的阻抗减小，双星形的两个中性点电位不一致，出现不平衡电流，且电流是突然增大的，暂态过程中的电流很大，导致中性点电流互感器损坏。??
　　要定量地分析损坏的原因，需计算161断路器合闸后的暂态过程。借助 MALAB的电力系统模拟工具箱(PSB)，可非常方便分析出暂态过程中的电流变化情况。??

2　合闸于故障电容器情况的模拟
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　　根据一次模拟图,用PSB建立如图4的系统模型图.该系统模型图的说明如下：
　　10kV的电源来自110kV主变,其内阻忽略不计,故采用三个理想的正弦波电源,相角相差120°.断路器的初始状态为分.在一个周波即20ms后合上，断路器接触电阻取100μΩ,没有 并联电阻和并联电容。串联电抗器的电抗值为0.2，阻尼电阻的电阻值为1.6Ω。C1～C6为电容器，用串联阻抗元件模拟，其中的电阻为熔丝接触电阻，取0.01Ω。由于断路器为非线形元件，因模拟计算的关系，C1不能为零，取1e-16F，C2～C6为正常的电容值，8μF。R L为方便模拟计算用的负载，此处设为电容器组母排对地电容，取1pF。中性点电流互 感器采用PSB中的元件，参数按照实际情况取，变比取15/5，容量取25VA，一次二次的阻抗分别取0.001和0.04的标么值。电压互感器的容量为80VA，电压比10kV//100V，一次二次的阻抗也分别取0.001和0.04的标么值。B1 ～B4是母线，这里用作节点以方便连线，用连线模拟成实际的网络拓扑结构以后即可进行模拟计算。

用不同的网络拓扑结构进行多次模拟，可发现电压互感器的参数及其 负载的参数对中性点电流的影响微弱，可忽略不计，原因也是显而易见的，因为它们是并联在电容器组上的。??
　　用图4的系统模型图，不同的初相角进行多次模拟，模拟的结果由各个示波器观察，示波器3反映的即为流过中性点电流互感器的电流波形，图5选取了4幅比较典型的波形图，分别反映相角为10°、60°、90°和270°时的波形。??
　　从一系列波形图可以发现,A相的角度为0°和180°时流过中性点电流互感器的暂态电流最小,A相的角度为90°和270°时暂态电流最大,且90°和270°时 的相位暂态电流也相差180°.在角度为90°出现的最大暂态电流峰值为1750A，是一高频电流，频率约为10.4z。暂态电流在约0.002秒后衰减到稳态，稳态电流峰值为12.5A，衰减后的波形片断见图6。

3　中性点电流互感器击穿的原因分析

　　该电流互感器的型号为LZJC-10型，1999年2月出厂，电流比15/5，其技术 数据为1s热稳定倍数75，动稳定倍数150，按照一次侧15A的额定电流计算， 动稳定极限是3182A(峰值)。同时在模拟时也发现，最大电流值对中性点电流 互感器的参数敏感，若取的参数再小一点，最大电流值可超过2000A，在不计中性点电流互感器的阻抗时，最大电流为2500A。从模拟出的暂态电流值，我们可以推断出该电流互感器击穿的原因是动稳定失稳。从破碎的情况也可以看出，线圈间的间隙变大，说明线圈在受到电动力后的变形，而变形超过了环氧树脂的承受能力，导致环氧树脂崩裂，而铁轭上几个细小的放电点是绝缘破坏后线圈放电引起的。
另外，今年我公司110kV竹辉变10kV电容器组也发生了一起中性点电流互感器击穿的故障，故障后开关跳闸，现场检查的现象是某一电容器熔丝熔断，同时中性点电流互感器开裂。该成套电容器组与新升变161电容器的设备是相同的设备。从故障后的情况分析，可以推断出是某一电容器首先故障，导致流过中性点电流互感器的电流突然增大，因保护动作使该电容器组断路器跳闸的时间需0.1s左右，而暂态过程比较短，仅1/10个工频周波左右，因此在跳开开关之前，暂态电流已经使电流互感器损坏。
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4 结论与对策
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　　新升变电容器组中性点电流互感器在送电时开裂，竹辉变电容器组中性点电流互感器在运行中发生开裂，说明该电流互感器未达到设计的性能指标，是造成损坏的主要原因。而同型号的电容器组以前也发生过熔丝熔断、开关跳闸的情况，为什么没有出现开裂的情况呢？从上述模拟过程可以看出，暂态电流的大小与相角有关，0°和180°附近电流很小，不会造成动稳定失稳。再者，从电容器组成套产品设计角度上讲，即使在最恶劣的90°和270°情况下，暂态电流也不会超过动稳定极限值，但是已经接近了产品的性能极限，因此很难避免电流互感器开裂的发生。??
　　新升变161电容器组故障，开关跳闸后，检修人员到现场，更换了熔丝，在没有让电试班检查电容器状况的情况下，就恢复送电，是导致中性点电流互感 器击穿的次要原因。因此，今后凡遇到电容器熔丝熔断情况，一定要检查电容器本身是否损坏，切不可急于送电。??
　　为了加大动稳定的裕度，建议是否可考虑采用一次额定电流为40A或以上的中性点电流互感器，这样从理论上讲，动稳定电流的极限值加大了一倍，裕度可加大，另外可以通过保护的调整来弥补中性点不平衡电流保护灵敏度的降低，以避免发生类似的故障。??