带内熔丝电容器爆炸事故的仿真研究

带内熔丝电容器爆炸事故的仿真研究

0电容器装置差动保护定值仿真分析2006年，500kv河姆变换和凤阳变换发生了两次35kv电动汽车电池爆炸。500kV河姆变3#主变3#电容器组容量60120kvar,三星形接法,差压保护(定值9V/0.5s),单台电容器额定电压6kV。事故时,电容器组差压保护动作,差压值65.69V,电容器开关跳闸,三星形中间一星形电容器爆炸起火,中间一星形有4台电容器箱壳爆裂。继电保护记录显示,差动保护分别于03∶56∶44∶780、03∶56∶46∶357、03∶56∶47∶613连续三次“起动”,并于03∶56∶48∶965“动作”。该组电容器于2006年7月31日12点34分投入运行,至8月3日凌晨3点56分48秒持续运行63小时22分,运行电压不大于37kV。500kV富阳变2#主变2#电容器组容量60120kvar,三星形接法,差压保护(定值5V/0.2s),单台电容器额定电压6kV。事故时,电容器组合闸后即差压保护动作跳闸,3台电容器箱壳爆裂。两起事故反映出装置中的差压保护定值未起到抑制事故扩大的作用,暴露了带内熔丝单台电容器的电容器组差压保护整定值灵敏度不足的缺陷,因此特对全省500kV变电站35kV并联电容器组保护定值配置的合理性进行研究,并做仿真计算。本文不对电容器故障起因进行分析,仅对电容器发生故障后,配置的保护定值是否及时隔离故障进行探讨。1电容器元件运行动态保护定值截至2006年底,浙江省已有12座500kV变电站中共33组35kV并联电容器组投运。这33组电容器组按电容器制造厂家、接线方式和保护方式分类,可以分为9种类型,均采用带内熔丝的单台电容器,双星形或三星形接线方式中每个星的容量为20040kvar。我们分别对不同厂家电容器接线方式及其保护方式进行仿真计算,计算单台电容器内熔丝熔断后故障电容器电压和电流、同一串联段上完好电容器电压和电流、相同故障相上其他完好电容器的电压和电流、相邻相完好电容器电压和电流以及电容器组保护输出值等,表1为不同厂家电容器9种典型电气接线方式和保护方式。本次计算研究采用美国Mathworks公司MATLAB软件中Simpowersystem模块,Simpowersystem是TransE′nergieTechnologies和Hydro-Québec的专家和研究人员共同开发的用于Simulink环境下的电力系统建模与仿真软件。计算时假定全部电容值相等,三相电源对称,内熔丝熔断时只切除与之串联的电容元件,不影响其他元件。实际运行中影响保护定值的因素包括:①三相电容不平衡,DL/T604-1996中要求三相任意两相电容量之比不大于1.02,同相中串联段电容量之比不大于1.02;②三相电源不平衡;③放电线圈误差±0.5%,且两个放电线圈伏安特性存在偏差;④电流互感器有一定的变比误差。综合考虑计算时电源电压偏差等因素,计算值与实际值偏差约10%。GB11024.1-2001《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器第1部分:总则-性能、试验和定额-安全要求-安装和运行导则》表4的规定,电容器在1.3倍工频额定电压下允许工作时间不超过1min。DL/T840-2003《高压并联电容器使用技术条件》第5.3.1条也规定了电容器和电容器元件的工频稳态过电压和相应的运行时间,即:当轻负荷电压升高时,工频过电压倍数1.20下允许运行5min,工频过电压倍数1.30下允许运行1min,且工频加谐波的过电压以不使过电流超过5.3.4规定值,过电压1.20倍,1.30倍及其对应的运行时间在电容器的寿命期间总共应不超过200次,其中若干次过电压可能是在电容器内部温度低于0℃,但在下限温度以内发生的。DL/T840-2003《高压并联电容器使用技术条件》第5.3.4规定了电容器稳定过电流“电容器应能在有效值为1.3In的稳定过电流下运行,但这种过电流是由于高次谐波和稳态过电压引起的,对于电容量有最大正偏差的电容器,这种过电流允许达到1.37In。”通常选择电容器额定电压时,考虑到串联电抗器等因素,电容器额定电压会比系统电压高一些,约抬高5%～12%。GB11024.4-2001《标称电压1kV以上交流电力系统用并联电容器第4部分:内部熔丝》性能要求第4.2条隔离要求规定:“当元件在u1和u2电压范围内发生电击穿时,熔丝应能使故障元件隔离开来。其中U1=0.9×2√UN,U2=2.0×2√UNU1=0.9×2UΝ,U2=2.0×2UΝ分别为故障瞬间单元端子间电压的最低与最高瞬时值。”因此,为保证故障单元中剩余元件运行电压维持在1.3倍额定电压以下,考虑电容器额定电压比系统额定电压高一些,电容器保护设定值宜设计在保证完好元件上电压不超过正常运行电压的1.4倍～1.5倍。超过这个值,应及时切除电容器组,使故障单元退出运行,避免电容器内部故障进一步发展。故障电容器的解剖过程表明,电容器内部元件击穿常常发生在元件的端部高场强部位,伴随发生局部内熔丝群爆,直接损坏(击穿)相邻的元件,与标准试验中设计的情况有所不同。当单元电容器已有内熔丝熔断,剩余元件电压达到正常运行电压的1.4倍～1.5倍时,如发生局部内熔丝群爆,熔断2根～3根,则其余元件电压将达到正常运行电压的2倍左右,处在内熔丝隔离性能的边缘,可能引发内部元件短路,甚至箱壳爆破,对电容器安全运行造成极大的危害。结合制造厂元件耐压要求和IEEEC37.99-2000《并联电容器组保护导则》等电容器专业标准中的安全运行要求等,电容器保护设定值宜设计在保证完好元件上电压不超过正常运行电压的1.4倍～1.5倍。下面我们分别对上述九种情况进行计算1bam6-33-1w电容器单星形基线、2台串联、差压保护对照表1.①BAM6-500-1W电容器(双星形接线、零序电流保护)根据表2序号1,一个串联段中剩余7个元件并联时,达到1.44倍正常电压;查表3序号1,对应的零序电流为0.58A。②BAM6-334-1W电容器(单星形接线、2台并联或3台并联后串联、差压保护)根据表2序号2,一个串联段中剩余6个元件并联时,达到1.43倍正常电压;查表3序号2,对应的差压为0.73V;查表3序号3,对应的差压为0.74V。③BAM6-334-1W电容器(三星形接线、差压保护)对照表2序号3,剩余的7个元件上电压为正常电压的1.32倍;对照表3序号4查出对应(ABB)BAM6-334-1W单台电容器中一个串联段中4个元件(3串11并)内熔丝熔断,差压定值为1.59V。2桂林能源压缩厂产品bam12-334-1w双向线、零序电流保护根据表2序号4,一个串联段中剩余8个元件并联时,达到1.41倍正常电压;查表3序号5,对应的零序电流为0.15A或差压0.65V。桥差电流的查根据表2序号5,一个串联段中剩余9个元件并联时,达到1.46倍正常电压;查表3序号6,对应的桥差电流为0.90A;查表3序号7,对应的桥差电流为0.79A。3无锡日信能源供电公司产品正常电压调查12%电抗率时,根据表2序号6,一个串联段中剩余12个元件并联时,达到1.43倍正常电压;查表3序号8,对应的差压为1.43V。6%电抗率时,根据表2序号6,一个串联段中剩余12个元件并联时,达到1.43倍正常电压;查表3序号9,对应的差压为1.33V。bff12。2-34.1w容量双向线、零序电流保护根据表2序号7,一个串联段中剩余12个元件并联时,达到1.43倍正常电压;查表3序号10,对应的零序电流为0.25A。bfm8612-134w电动汽车双向连接和零序电流保护根据表2序号8,一个串联段中剩余6个元件并联时,达到1.50倍正常电压;查表3序号11,对应的零序电流为0.11A或差压0.47V。4串联段剩余8元件串联①BAM6-334-1W电容器(三星形接线、差压保护)12%电抗率时,根据表2序号9,一个串联段中剩余8元件并联时,达到1.40倍正常电压;查表3序号12,对应的差压为2.0V。6%电抗率时,根据表2序号9,一个串联段中剩余8元件并联时,达到1.40倍正常电压;查表3序号13,对应的差压为1.87V。2电容器保护定值通过对比,可以发现原保护定值偏大,不能及时切除有故障的整组电容器。当内部元件出现故障,内熔丝切除故障元件后,在原定值条件保护动作之前,与原故障元件并联的正常