熊 舟，饒 蕾，廖詩(shī)宇，葉華松，任 波

(中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠(chǎng)，湖北 宜昌 443133)

某電站發(fā)電機(jī)出口與變壓器低壓側(cè)間安裝有額定電壓24 kV，額定短路開(kāi)斷電流160 kA的發(fā)電機(jī)出口斷路器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)GCB)，GCB兩側(cè)安裝2個(gè)并聯(lián)對(duì)地的充油型沖擊保護(hù)電容，受安裝空間限制，電容采用倒掛式安裝。GCB運(yùn)行情況直接影響廠(chǎng)用電運(yùn)行效率及可靠性[1]。2017年2月GCB電容出現(xiàn)滲油現(xiàn)象，本文主要分析電容滲油對(duì)GCB運(yùn)行的影響以及對(duì)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的影響，提出改進(jìn)措施。

1 電容滲油分析

1.1 GCB電容滲油對(duì)介損及電容值的影響

1)GCB電容滲油對(duì)介損的影響[2]。某電站共計(jì)發(fā)現(xiàn)2例GCB電容漏油，測(cè)量的介損見(jiàn)表1。

表1 測(cè)量的介損表

從表1可以看出，漏油電容介質(zhì)損耗明顯偏大，當(dāng)漏油故障擴(kuò)大時(shí)，介質(zhì)損耗值會(huì)有明顯的上升。

2)GCB電容滲油對(duì)電容值的影響。該電站GCB兩端電容為浸油式平板電容，受安裝空間限制，采用倒掛式安裝，其內(nèi)部采用錫箔紙纏繞方式，中間利用絕緣介質(zhì)隔開(kāi)，最終組成串聯(lián)式電容器。由此結(jié)構(gòu)可以在計(jì)算中將其等效為標(biāo)準(zhǔn)電容器極板。電容器理論計(jì)算公式[3]：

C=εS/4πkd

式中：ε是一個(gè)常數(shù)；S為電容極板的正對(duì)面積；d為電容極板的距離；k則是靜電力常量。

對(duì)于GCB并聯(lián)電容器，按照電容器理想模型，電容器滲油對(duì)其極板間的正對(duì)面積S，電容極板距離d無(wú)影響，電容器的電容量與極板間介質(zhì)的介電常數(shù)ε成正比，考慮極端情況，當(dāng)電容器中油全部泄漏完時(shí)，電容的極板間介質(zhì)的介電常數(shù)ε變?yōu)榭諝饨殡姵?shù)，約為1.0，按照電容器中介質(zhì)油為變壓器油計(jì)算，其介電常數(shù)ε約為2.2，電容器滲油時(shí)，其電容值逐漸變小，當(dāng)電容器中油全部泄漏完后，其電容量下降約為原來(lái)值的0.45。

1.2 GCB電容解體情況分析

發(fā)電機(jī)出口斷路器兩端沖擊保護(hù)電容內(nèi)部采用兩層錫箔紙交叉串聯(lián)纏繞，其高壓引線(xiàn)通過(guò)瓷套管引入至電容器首端極板，此極板靠近電容背部，而電容背部與GCB外殼相連，電容尾端極板焊接至電容外殼。高壓側(cè)引線(xiàn)接入至電容器首端極板時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 GCB電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

從圖1中可以看出，電容高壓引線(xiàn)外部包裹白色絕緣管，在引線(xiàn)與電容外殼間，電容首端極板與電容外殼間隔離有絕緣紙板，在電容器內(nèi)部絕緣油無(wú)泄漏時(shí)，可以保證其絕緣強(qiáng)度。由于沖擊保護(hù)電容器倒掛在GCB外殼上，當(dāng)內(nèi)部絕緣油出現(xiàn)泄漏時(shí)，電容器首端極板最先暴露在空氣中，此時(shí)對(duì)絕緣紙板的絕緣值有一定的影響。

沖擊保護(hù)電容首端極板在穩(wěn)態(tài)時(shí)有20 kV的對(duì)地線(xiàn)電壓，電容絕緣油泄漏容易造成電容器極板對(duì)地?fù)舸┓烹?，?dāng)發(fā)電機(jī)組正常并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，GCB沖擊保護(hù)電容器對(duì)地放電會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地故障，發(fā)電機(jī)出口斷路器斷開(kāi)，采用系統(tǒng)倒送電至主變壓器運(yùn)行時(shí)，GCB主變壓器側(cè)沖擊保護(hù)電容擊穿會(huì)導(dǎo)致發(fā)變組出口斷路器CCB跳閘，從而引起主變壓器停運(yùn)，直接影響電站廠(chǎng)用電的可靠性。

1.3 GCB電容值變化對(duì)發(fā)變組的影響

某右岸帶GCB機(jī)組在合主變壓器或主變壓器三相合閘時(shí)，變壓器繞組會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，其主要特征為數(shù)值很大的高次諧波分量(主要是二次和三次諧波)，進(jìn)而在主變壓器低壓側(cè)繞組會(huì)產(chǎn)生一個(gè)高頻的震蕩電壓，由于GCB靠近主變壓器沖擊保護(hù)電容的存在，低壓繞組的涌流會(huì)經(jīng)過(guò)沖擊保護(hù)電容對(duì)地形成回路[3]。此時(shí)，GCB沖擊保護(hù)電容器等效于短路狀態(tài)，此沖擊電壓通過(guò)GCB靠近主變壓器側(cè)電容與外殼形成通路，將此能量全部施加在了沖擊保護(hù)電容上，避免了該沖擊電壓在主變壓器內(nèi)部進(jìn)行震蕩進(jìn)而干擾主變壓器正常運(yùn)行。

GCB等效電路圖見(jiàn)圖2。

圖2 GCB等效電路圖

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，GCB兩端波阻抗Z1、Z2為不變量，當(dāng)系統(tǒng)或電源側(cè)有過(guò)電壓波傳播時(shí)，行波經(jīng)過(guò)一個(gè)對(duì)地電容后，行波穿過(guò)電感或旁過(guò)電容時(shí)，波前均被拉平，波前陡度減小，L或C越大，陡度越小，電容漏油后電容值下降，波前陡度降低幅度變小，行波傳遞的陡度削減程度變低，此時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備帶來(lái)很大的威脅，對(duì)發(fā)電機(jī)出口三相的首根定子線(xiàn)棒絕緣影響最大[4]。

1.4 GCB沖擊保護(hù)電容換型可行性分析

GCB沖擊保護(hù)電容在瞬態(tài)過(guò)程中由于高頻電壓的存在相當(dāng)于短路，此時(shí)的高頻電壓所產(chǎn)生的能量在電容內(nèi)部消耗，雖然持續(xù)的瞬態(tài)時(shí)間短，但頻率高，此時(shí)若改用固體介質(zhì)的電容，會(huì)在固體介質(zhì)能頻繁的放電損耗，從而損壞固體絕緣，故建議仍然采用油浸式電容。

2 漏油電容處理

更換漏油的GCB兩端沖擊保護(hù)電容后，電容試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，設(shè)備運(yùn)行正常。

3 結(jié) 語(yǔ)

電容漏油會(huì)使其電容值下降，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地。電容值降低會(huì)造成波前陡度降低幅度變小，行波傳遞陡度削減程度變低，過(guò)電壓波峰值對(duì)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)、變壓器等電氣設(shè)備帶來(lái)很大的威脅，尤其對(duì)發(fā)電機(jī)出口的首根線(xiàn)棒絕緣影響最大。在現(xiàn)有電容結(jié)構(gòu)漏油時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電容擊穿的風(fēng)險(xiǎn)[5]，由于電容量較大，目前固體電容結(jié)構(gòu)無(wú)法滿(mǎn)足電容量要求，故只能采用充油電容結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足建議改進(jìn)現(xiàn)有電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將電容首端極板接入至電容底座接地，使其在漏油時(shí)電容首端極板全部浸沒(méi)在絕緣油中，保證高壓側(cè)極板的絕緣強(qiáng)度。