一起500kV串补线路瞬时性故障时串补间隙自触发现象的分析

摘 要：文章对某500kV串补线路在一次线路瞬时性故障时，间隙发生自触发现象进行了分析，并对间隙触发系统及触发原理进行了介绍，同时对可能导致间隙自触发产生的原因进行了检查分析，并提出了现场对间隙设备的维护建议。

关键词：串补设备；瞬时性接地故障；间隙系统；间隙自触发

引言

500kV超高压输电线路串联补偿设备中的火花放电间隙（GAP）是重要的过电压保护设备，串补设备运行中，其作为金属氧化物避雷器（MOV）的主保护和电容器组的后备保护，在线路故障或不正常运行情况下，由串补本体保护动作发送触发信号使之触发，间隙在收到触发信号后，会迅速击穿，用以将电容器和金属氧化物避雷器MOV旁路，以避免金属氧化物避雷器MOV在超过极限热容量而损坏。正常情况下，间隙为强制触发间隙，即由串补本体保护动作发送触发命令来强制触发导通。而间隙自触发是指当间隙两端的电压达到一定的电压水平时，在未接收到串补本体保护发送的触发命令时，火花间隙的电极将过压击穿，形成放电回路从而导通的现象，是火花间隙本身的物理特性。间隙为串补电容器组和MOV的过压保护，是防止串补电容器组和MOV过压损坏的本体保护功能，间隙自触发的动作不依赖于控制保护逻辑和故障点范围。而根据间隙自触发会将导致串补旁路并重投，且当过电压未达到间隙的自触发保护水平时，间隙不应该发生自触发现象。文中对某500kV串补线路在一次线路瞬时性故障时，间隙发生自触发现象进行了分析，并针对自触发原因提出了维护建议。

1 故障概述

某年8月14日17时02分，500kV河某站500kV某河II线（带固定串联补偿设备，单套装置的容量为476MVar，额定容抗为27.5ohm/相，补偿度为31%）B相发生瞬时接地故障，线路保护正确动作，线路重投成功，故障点距本侧186.9km，最大故障电流为2340A。故障时刻，同时某河II线线路联动串补保护动作、间隙自触发保护动作将串补旁路，重投延时后串补重投成功。

2 串补保护录波波形分析

故障发生后，现场调取串补保护波形发现，故障后2ms电容器组两端的电压最高为167kV（远小于间隙的自触发保护水平），电容器电压波形如图1所示。

图1 串联电容器组电压波形图

而此时间隙导通，且间隙的最大电流达34.9kA，间隙电流如图2所示。

同时从串补录波波形开关量信息可知，串补本体保护在线路故障后，19ms收到线路联动串补保护并发送间隙触发命令，但此时电容器电压为0，因此串补本体保护未发送触发间隙命令。间隙导通后，串补本体保护检测到间隙电流，21ms自触发保护动作发三相旁路命令，串补本体保护的MOV保护功能均没有动作。

间隙自触发定值是通过调整火花间隙一次设备中与分压电容串联的密封空气间隙中的间隙距离来实现的，现场间隙自触发保护水平一般设置为电容器组过压保护水平的1.05至1.1倍之间，目前该串补的电容器保护水平为2.3p.u（222kV），因此间隙自触发的过电压水平为230kV-245kV，从故障情况并结合线路保护中的录波文件分析可知，线路的故障电流较小，电容过电压水平远小于设置保护定值，此时间隙不应该发生自触发现象。又从间隙的电流波形分析可知，串补保护检测到间隙电流，并一定延时后间隙自触发保护动作，且故障过程汇总未出现过电压情况，MOV保护功能未动作正确，排除MOV保护失灵的可能，因此串补本体保护动作正确，串补间隙本体在未达到设定的自触发水平而自触发导通现象不正常。

3 间隙触发原理及间隙的自触发保护功能介绍

3.1 串补间隙触发系统的原理

该线路串补工程于2003年投运，采用的西门子串补技术，其强制型触发型火花间隙的构成如图3所示，主要包括以下主要部件：

（1）自放电型主间隙2台，G1和G2；（2）触发放电型密封间隙2台，TRIG1和TRIG2；（3）限流电阻器2只，R1和R2；（4）脉冲变压器2个，T1和T3；（5）高绝缘脉冲变压器2台，T2和T4；（6）均压电容器4只，C1、C2、C3和C4。

图3 西门子串补火花间隙系统的构成

由图3可知，串补装置以额定值正常运行时，两个串联连接的主间隙（G1、G2）与阻尼电抗装置串联后并接在电容组两端，其各承担串补电容器组额定电压的1/2。在线路出现接地故障时，由于限压器的作用，假设使电容器组的电压最高上升到2.3p.u，因此两个主间隙（G1和G2）在動作前承担的电压约为1.15p.u。主间隙内部由闪络间隙和续流间隙构成，如图4所示，其中闪络间隙是主间隙中放电起始间隙，间隙距离将根据其自放电电压进行调整，以保证在没有触发的情况下间隙在最大可能经受的过电压下不会自放电。

当输电线路出现接地故障时，由限压器（MOV）将电容器组的过电压限制在2.3p.u。在未接收到触发命令前，两个串联的主间隙各承担1.15p.u。当间隙的触发控制系统接收到触发命令时，将同时向脉冲变压器T1和T2的一次绕组发出点火脉冲，经变压器器压后使密封间隙TR=G1的两个球面电极上的火花塞对球面放电，放电产生的小火花将迅速促使密封间隙TRIG1击穿。TRIG1击穿后，均压电容器C1（如图3示）将通过脉冲变压器T3和T4的一次绕组以及限流电阻R1放电，在脉冲变压器T3和T4的二次绕组产生的高压脉冲将使密封间隙TRIG2的两个球面电极上的火花塞对球面放电，放电产生的小火花将进一步迅速促使密封间隙TRIG2击穿，并使均压电容器C2通过限流电阻R2放电。当均压电容器C1和C2的电压迅速降低时，主间隙G2上的电压也将迅速升高到自放电水平并被击穿放电，与此同时主间隙G1上的电压也将迅速升高到自放电水平并被击穿放电。至此，两个串联连接的主间隙全部放电，使串补电容器组经阻尼电抗装置旁路。

3.2 串补间隙自触发保护功能

串补本体保护的间隙自触发保护是当保护装置未发出触发命令（且检测到双重化配置的另一套串补保护也未发送间隙触发命令）时，而出现间隙电流且其幅值高于装置设置的间隙电流定值，固定延时一定时间后，间隙自触发保护动作，将串补三相旁路。间隙自触发保護设置的目的主要是作为火花间隙的自身保护，当火花间隙的主间隙、密封间隙、分压电容等元件的工况发生变化时，且严重情况下会导致电容器组的过压保护配合失步，由于正常运行中试无法检测发现的，故设置间隙自触发保护以便在故障时刻考核火花间隙的耐压水平，另一个目的是作为电容器组的后备保护及MOV的主保护功能，MOV为串补电容器组的过电压的主保护，当MOV主保护功能失灵时，同时间隙自触发保护起到后备保护功能，将电容器组两端电压控制在自触发保护水平之内，防止过电压损坏电容器组。

4 串补间隙自触发原因分析及维护建议

从上述间隙系统及触发原理的介绍可知，导致间隙自触发的原因，主要可能由以下几种可能：（1）间隙电极间的距离的整定值的影响，其是否按自触发电压设计值整定，主间隙石墨电极的密封箱体是否存在渗水现象，导致雨天深入渗水附着在主间隙石墨球上，同时灰尘与附着雨水凝结在电极球上，间隙耐压水平下降，从而引起间隙自触发。因此建议在串补年度停电检修期间，检查确认各串补间隙电极间距离的整定值是否按自触发电压设计值整定，同时检查箱体的渗水情况，是否有渗水痕迹，并对间隙球的表面进行检查，看是存在否附着灰尘颗粒表面不光滑现象，并进行维护。（2）间隙系统本身存在元件异常，如火花间隙系统汇总的分压电容损坏等，导致间隙在未达到设置的耐压水平而发生自触发现象。对此，建议年度停电检修时，增加对间隙均压电容器的检测，对所有分压电容及密封空气间隙进行耐压试验检查，以避免因均压电容器参数变化、密封间隙运行工况发生变化导致间隙自触发现象发生。

参考文献

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[2]武宇平，钱峰，赵淑珍.丰万顺串补与大房线500kV串补站串补保护触发回路[J].华北电力技术，2004，36（12）：24-25.

[3]GB/T6115.2-2002/IEC60143-2.电力系统用串联电容器（第2部分）串联电容器组用保护设备[S].

作者简介：荣军（1986-），男，本科学历，助理工程师，从事电力系统及继电保护方面工作。