李松山，瞿綱舉，李政廉

(湖南省送變電工程有限公司，湖南 長沙 410015)

0 引言

換流變是特高壓換流站核心設備之一，因此設計三重保護方式[1-2]，每套相互獨立互不影響，保護配置有電量保護CTP1A，CTP1B和CTP1C，非電量保護NEP1A，NEP1B和NEP1C以及保護出口PPR1A，PPR1B和PPR1C裝置，其出口分別滿足“三取二”“二取一”以及“一取一”邏輯。

特高壓換流站整流采用十二脈動全波整流方式，單極共有6臺雙繞組換流變，分別采用Y/Y和Y/Δ接線方式，利用Y/Δ接線方式在閥側(cè)形成的30°相位差實現(xiàn)12脈動整流[3-4]。換流變的網(wǎng)側(cè)中性點二次電流直接接入電量保護裝置，實現(xiàn)外接零序過流保護功能[5]。換流變的網(wǎng)側(cè)中性點是A，B，C三相一次的尾端連在一起，并直接接地運行，形成零電位點。六相雙繞組換流變Y/Y，Y/Δ接線形成兩個網(wǎng)側(cè)中性點，分別通過各自的中性點TA接地。當運行中的換流變中性點斷裂時將會發(fā)生非常嚴重的影響，甚至是發(fā)生保護誤動作，換流閥閉鎖切斷電源，導致整個電網(wǎng)系統(tǒng)因負荷大量丟失造成電網(wǎng)系統(tǒng)崩潰[6-7]。根據(jù)該次中性點過流保護動作情況，通過試驗查找到故障原點，并分析驗證其動作原因，以及對換流站接地網(wǎng)設計提出建議。

換流站的換流變網(wǎng)側(cè)三相完全對稱，根據(jù)理論計算，其中性點電壓為[8]：

但是，換流變制造存在誤差，工作時三相負載也會有略微的差異，導致?lián)Q流變?nèi)鄥?shù)不可能完全一致，換流變運行時網(wǎng)側(cè)中性點就會有零序電壓及零序電流產(chǎn)生[9]。因此，換流變中性點直接接地方式十分重要，既能消除中性點零序電壓，又能降低中性點絕緣強度，提高設備的經(jīng)濟性能[10]。

1 保護動作原因

1.1 動作現(xiàn)象及故障錄波波形檢查

監(jiān)控數(shù)據(jù)中心收到CTP1C裝置Y/Δ換流變網(wǎng)側(cè)中性點過流保護動作信號，運行值班員巡查裝置運行情況，發(fā)現(xiàn)裝置CTP1C動作，CTP1B和CTP1A運行正常，檢查相關的故障錄波裝置運行正常，未啟動錄波功能。

1.2 故障原因排查

1.2.1 故障狀態(tài)檢查

鉗型相位表測量CTP1C屏對應零序電流流入保護裝置為11.7?A和流出為11.7?A。

CTP1B裝置對應零序電流流入為5.9?mA，流出 5.9?mA。

CTP1A裝置對應零序電流為流入5.8?mA，流出 5.8?mA。

1.2.2 停電后故障處理

(1)?保護裝置校驗。經(jīng)校驗3套保護裝置模擬量采樣、動作邏輯完全正確，排除CTP1C裝置誤動作。

(2)?TA二次電纜一點接地檢查。經(jīng)查各零序電流回路N線均為一點接地，符合反措要求。

(3)?TA二次電纜絕緣測試。經(jīng)測試CTP1C屏接入的二次電纜采用絕緣電阻表500?V檔位測試，電壓為零，電阻為零，CTP1B屏和CTP1A電阻為10?MΩ，判斷為保護二次絕緣損壞。

(4)?TA二次接線電纜校驗。打開TA二次接線盒，發(fā)現(xiàn)TA二次繞組2S1出線電纜膠皮燒壞，以至于其部分芯線銅絲燒斷，其余二次電纜也有不同程度的損壞，但是經(jīng)校驗其接線正確無誤。

TA二次電纜校線時，發(fā)現(xiàn)TA二次繞組2S1出線電纜絕緣損壞，懷疑是TA二次回路開路所致，仔細檢查發(fā)現(xiàn)各個連接處十分牢固，沒有松動的跡象，二次回路直流電阻與投運前無明顯差別。TA本體的常規(guī)試驗數(shù)據(jù)合格，與交接試驗對比無明顯差別，可以正常運行。

分析故障情況下測試的電流值，保護CTP1B裝置測試流入和流出電流均為5.9?mA，保護CTP1A裝置測試流入和流出電流均為5.8?mA，然而CTP1C裝置流入和流出電流均為11.7?A，TA變比經(jīng)過測試為2?000/1，和銘牌變比沒有差別，將CTP1B和CTP1A裝置通過的電流乘以變比得到數(shù)值分別為11.8?A和11.6?A，與CTP1C裝置通過電流十分相近。

巡查現(xiàn)場時發(fā)現(xiàn)地面有消防質(zhì)量提升施工遺留痕跡，地面有接地網(wǎng)斷點漏出，根據(jù)現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象推測故障原因很可能是換流變網(wǎng)側(cè)中性點與主地網(wǎng)斷裂引起。測試網(wǎng)側(cè)中性點接地點與主地網(wǎng)連接情況，結(jié)果為網(wǎng)側(cè)中性點與主地網(wǎng)斷裂，根據(jù)故障現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析，判定故障的原因即為中性點與主地網(wǎng)斷裂，網(wǎng)側(cè)中性點的運行方式由直接接地變?yōu)榉墙拥剡\行。

特高壓換流站運行時換流變網(wǎng)側(cè)中性點正常運行方式為直接接地方式，接地情況如圖1所示。

圖1 Y/Δ換流變網(wǎng)側(cè)接地示意

消防質(zhì)量提升施工導致中性點接地點與主地網(wǎng)連接處G1點發(fā)生斷裂，未及時恢復，其接地方式由直接接地變成非接地運行[11-13]。

2 故障現(xiàn)象分析

網(wǎng)側(cè)中性點斷裂導致TA一次電流竄入到二次回路里面，導致CTP1C裝置中性點零序過流動作，而CTP1B和CTP1A正常運行，及其對應的故障錄波裝置沒有啟動。針對以上問題，對所掌握的數(shù)據(jù)以及設計圖進行了詳細分析。根據(jù)設計圖首先發(fā)現(xiàn)接入故障錄波的該外接零序電流是從CTP1B裝置串聯(lián)過去，該裝置電流采樣正常未達到錄波啟動電流值，因此故障錄波裝置沒有啟動錄波功能。

根據(jù)掌握的數(shù)據(jù)及故障點，網(wǎng)側(cè)中性點接地點斷裂與主地網(wǎng)斷開，而TA外殼接地與中性點接地連在一起然后與主地網(wǎng)相連，當中性點接地與主地網(wǎng)連接線被挖斷之后，由于換流變?nèi)嗟闹圃觳町愐约叭喙β什皇墙^對的均衡，中性點不可避免地產(chǎn)生不平衡高電壓，不平衡高電壓就通過TA本體外殼地線反送至外殼。TA二次電纜槽盒為金屬材質(zhì)，槽盒又與外殼相連，因此槽盒與網(wǎng)側(cè)中性點同電位，由于槽盒本身切割后留有棱角和毛刺，致使其對二次電纜放電，導致二次電纜燒壞，TA一次電流竄入到二次回路。這次故障產(chǎn)生的不平衡高電壓并不足以將中性點避雷器擊穿泄流，這種情況下只能通過外殼將絕緣最薄弱處擊穿泄流。

經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，電纜完全損壞的為TA的2S1出線，其對應的保護為CTP1C裝置，電纜內(nèi)部導體與電纜槽盒完全粘連在一起形成導電的金屬回路。網(wǎng)側(cè)中性點不平衡電流通過二次繞組2S1出線電纜流入保護CTP1C裝置，經(jīng)裝置電流回路尾端流出后，而其尾端又有TA繞組的二次接地線，因此從本體來的網(wǎng)側(cè)中性點一次電流經(jīng)二次接地線流入大地。這種情況下?lián)Q流變網(wǎng)側(cè)中性點是通過其二次繞組回路單點接地線與繼保的室內(nèi)的二次保護接地網(wǎng)連接，然后再與主地網(wǎng)連接，形成一個網(wǎng)側(cè)中性點與接地網(wǎng)的聯(lián)通回路。故障時網(wǎng)側(cè)中性點電流流通回路如圖2所示。

圖2 故障電流回路

該次故障僅僅是造成CTP1C裝置保護動作，若再有CTP1A或者CTP1B中的任意1套或者2套保護同時動作，換流器保護的“三取二”裝置PPR動作，切斷電源，巨大的功率缺失將會對整個電網(wǎng)造成嚴重破壞，以至于發(fā)生大規(guī)模停電事件，對里約甚至于巴西的經(jīng)濟、生活帶來影響。

3 接地網(wǎng)設計更改建議

從該次故障中可以看出，里約特高壓換流站的換流變的網(wǎng)側(cè)中性點與主接地網(wǎng)只有1處連接點，即G1點，當此處與主地網(wǎng)斷裂時，換流變將會變成非接地運行方式，較高的懸浮電位將會發(fā)生不可預測的風險，該案例僅僅是其中1種而已。

換流變網(wǎng)側(cè)中性點接地是非常重要的運行方式，設計時可以將星型連接尾端分成2個及以上方向與主地網(wǎng)連接，保證網(wǎng)側(cè)中性點可靠接地。但是考慮到經(jīng)濟性及故障概率事件,可以保留2個與主地網(wǎng)連接處。

4 結(jié)論

換流變的保護涉及到接地、電量及非電量等方式，尤其是星形連接的中性點直接接地運行十分重要，且要求保證兩點分別可靠接地。因為換流變設計為半絕緣運行設備，若是其中性點與主地網(wǎng)斷裂，由直接接地運行變成非接地運行，可導致?lián)Q流變網(wǎng)側(cè)中性點電壓升高,若是發(fā)生單相接地故障時，網(wǎng)側(cè)中性點的電壓升高達到相電壓，遠超過換流變設計的絕緣水平，換流變將會因為絕緣擊穿燒壞，造成大規(guī)模停電事故。

另外，網(wǎng)側(cè)中性點TA外殼接地應單獨與主地網(wǎng)相連，不應先與網(wǎng)側(cè)中性點在地面短接一起再與主地網(wǎng)連接。直接接地可以保證在網(wǎng)側(cè)中性點與主地網(wǎng)斷裂的情況下，TA設備外殼仍然保持接地為零電位，保證運維人員的人身安全，甚至TA設備遭受雷擊也不會對換流變造成破壞，降低設備故障概率。