潘勇 蓝天照
桂林五环电器制造有限公司 广西 桂林 541004
摘要：近年来伴随着电力系统结构的日渐复杂性，人们对供配电质量和安全都提出了越来越高的要求，但放电线圈作为电力系统中的重要构成，其在很多的电力工程领域出现故障的概率非常高，且放电线圈故障表现出多样化特征，为使得放电线圈处于正常情况下，电力企业要加强对放电线圈的故障分析和处理。基于此，本文针对放电线圈的故障类型、表现和原因展开了详细的分析，并针对这些故障提出了相应的预防和控制对策，对降低放电线圈的故障几率有着重要的作用。
关键词：放电线圈；故障原因；预防策略
现阶段的电力工程领域，任何一个环节出现问题都会影响电力系统的稳定运转，很多的电力安全事故都是由放电线圈故障所引起的，所引起的事故损失巨大，给供配电工作带来了极大的挑战。因此，各个电力企业的工作中，都要重视放电线圈的故障分析、预防和处理，通过有针对性的故障预防和处理方式，来降低放电线圈的故障出现几率和损失。当电力工程中各个环节都处于正常标准，且放电线圈不存在任何问题时，电力稳定性和可靠性得以提升，将创造更大的效益。
1.放电线圈的作用及结构
电容器的构成复杂，放电线圈是其中的一个重要构成部分，在电容器的运行过程中，放电线圈可以将电容器中的残余电荷在很短的时间内快速释放出去，使得电容器两端的电压均可以在规定的时间范围内降到规定数值[1]因此，放电线圈是电容器中不可或缺的一个构成模块，其对于保持电容器的可靠运转有着巨大的意义。放电线圈在电容器中的作用主要是电压差动保护，电容器内包含了两个放电线圈，且这两个放电线圈处于相对独立的状态下，每个放电线圈中都有各自所对应的铁芯和一次、二次绕组，在将两个放电线圈的一次绕组加以串联以后，也就引出了第3个端子。从不平衡电压保护的角度来分析，电容器中因为存在有不同相的分布，每个相中都有各自所对应的放电线圈，这些放电线圈之间保持着高度的独立性，其中，3个放电线圈二次绕组接线中，开口三角接线更为适用。在电容器运行和使用的过程中，一旦出现了放电现象，将会导致放电线圈的温度异常升高，甚至会在极端的温度升高过程中引起放电线圈的绝缘破坏。正是因为放电线圈在电容器中的重要作用，如果在其他条件都正常的情况下，做好放电线圈的维护与检查，可以在很大程度上避免放电线圈问题所引起的电容器使用异常。
2.放电线圈的不平衡电压保护未动作故障分析
以110kV变电站为例，该变电站采用的是线变组接线方式，2台主变呈分列运行的状态，PQ1110线带2号主变运行，在不平衡电压保护未保护动作发生之前，2号电容器运行在110kVⅡ段母线，具体如图1所示。
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2.1保护装置信息和SOE记录
10kV2号电容器组保护装置为RCS-9631 Ⅱ，根据对该装置报文和监控后台信息的分析和调查，发现在某一时间段内，过流I段出现了保护动作，且在此过程中，故障电流为ABC三相97.19A[2]。根据所掌握到的报文信息，在此电容器中出现的是三相短路故障，因为电容器组CT变比为600/5，根据相应的计算，可以得出其短路电流一次值。
2.2告警信号分析
电容器运行的过程中，保护装置RCS-9631 Ⅱ的PT断线有着严格的判定依据，主要为：正序电压U1＜30V，且其中任一相电流I＞0.06In；负序电压U2＞8V。一旦在电容器的运行过程中达到了任何一个标准，延时10s报PT断线，发出报警信号[3]。保护装置的采样电压主要是来自于各相电容器的放电线圈的，结合对现场情况的全面检查，C相放电线圈在发生了内部缺陷以后，外部开裂现象明显，这种情况下，C相电压的采样工作无法正常开展。
针对零序过电压的告警，由于在该变电站的10kV母线PT采用的是4PT消谐接法，中性点零序PT的剩余绕组在接入主变低后备保护的零序电压采样回路，一旦零序电压超过定值9.8V以后，延后5s发出报警。此变电站中，2号电容器组C相放电线圈绕组短路外壳开裂以后，不会导致母线产生零序电压，但当电弧灼烧形成单相接地以后，母线零序电压无法避免。当C相放电线圈接地处理以后，系统中性点电压将上升为相电压，零序PT剩余绕组电压就出现了明显的变化，为100/3V，明显超出了定值9.8V。
3.放电线圈的二次短路故障分析
3.1故障原因
针对电容器使用过程中放电线圈的二次回路故障，主要是由以下原因所导致的：
3.1.1接线错误
当在电容器使用时放电线圈仅仅承担的是放电功能，而不存在其他方面的功能，一旦设计人员在接线过程中直接将出口端子短接和接地处理，将无法达到安全接线的要求，出现二次线圈短路故障的几率相对较高。其次，接线错误还保险在二次回路多点接地引起的短路问题和相差保压保护用放电线圈的错误接线而引发的一个单元二次线圈短路。
3.1.2奇异接线-错误设计引发的二次短路
针对这一原因所引起的短路故障，主要表现在以下方面：（1）因为在电容器装置中存在有A、B、C三相，那么，三相电容器如果从相差压保护配置的角度来进行设计，不仅需配备3套管式放电线圈，还需要有相同数量配置的保护模块，以使得保护模块与三相差压保护出口的一一对应性，但就很多变电站的设计来看，往往只能够接受一个保护模块的设计，设计人员在开展设计工作时，没有严格按照设计规范和标准来进行，直接将各相压差出口以相序为设计基准形成开口三角方式，属于变异设计理念，如果不考虑这种设计方式下放电线圈是否能够在电容器中发挥其应有的保护功能，就设计本身来看，因为总体的设计中保留了三相放电线圈中二次部分的接地设计，接地设计并不符合安全设计规范，势必会出现二次线圈的出口短路[4]。（2）如果根据电容器中的相压差保护要求来进行相应的设计，需在电容器中同步配备3套管式放电线圈，这种情况下，在变电站中如果要有效满足设计规范，发挥放电线圈作用，必须要设置6个保护模块接口，以分别将这些接口与三相差压保护出口之间实现可靠连接，但如果在实际的设计过程中，设计人员没有遵守相应的设计规范，直接将三相放电线圈其中的某一个端口作为公共端，经由公共端、引出端来形成三相四线变异性差压保护，这种错误的接线设计下，二次短路故障势必发生，造成的事故损失巨大。
3.2放电线圈二次回路短路的特征与危害性
3.2.1特征
根据实际经验，放电线圈二次回路短路故障存在着明显的突发性特征，在电容器的运行过程中，不论二次回路短路故障是由哪种原因所引起的，一旦电容器装置正式接入并网使用以后，瞬间所形成的短路电流将是额定电流等上百倍，导致线圈的温度在极短的时间范围内异常上升，二次线圈的绝缘性能完全丧失，将出现线匝短路的问题，短路电流热效应、机械作用力等都导致线圈的正常运行受到了影响，在极短的时间内线圈将会烧毁甚至爆裂[5]。如果变电站相关人员没有及时发现这些问题，并立即撤除电容装置电源，事故将造成重大的人员伤亡和经济损失。当然，除了一些偶发性因素可能会引发放电线圈二次回路的短路故障外，在一个或者若干个新建变电站的所有电容装置中，同样存在这一隐患，如果在变电站运行的过程中多组电容器组连续试投，或者一组试投出现事故未及时处理继续进入下一组的试投作业时，将会引发群体性事故。比如，以某220kV变电站4组10kV电容器组为研究对象，该变电站电容器组配用的是特定型号的户外干式放电线圈，该放电线圈的仅仅作为放电使用，且配备有二次线圈，该电容器装置在首次试投以后，从第1组到第4组后，经历3min后，第1组放电线圈上发生了爆炸，为了减小事故损失，有关人员立即将现场的4组电容器都撤到了安全区域，并对未发生爆炸事故的其他3组开展了全面的检查，经由全方位检查以后，一次绕组直流电阻值、工频耐压都符合标准，二次绕组绝缘电阻值为0。在这一撤离和检查工作结束以后，安排专人将现场12台被损坏但外表没有明显破坏的放电线圈进行了拆解，这一过程是为了进行放电线圈的内部检查，经由内部检查和评估以后，一次绕组层间绝缘、线包主绝缘、端部绝缘都正常，但二次绕组层间绝缘、漆包线外部漆皮却不符合标准，存在明显的破坏。根据这一事故的原因分析和调查，发现可能是错误地将闲置的二次线圈引出端端短接和接地所引起。
3.2.2危害性
对于新建变电站而言，如果在建设过程中出现了放电线圈二次回路短路事故以后，势必会延误整个工程的进度，尤其是如果在工程现场采用了六角图法检测变压器差动保护接线正确性的情况下，并联电容器装置是变压器的负荷，一旦电容器使用中出现了故障，势必会影响整个变电站的正常工作。当然，对于放电线圈二次回路短路故障而言，此类故障不仅会引起放电线圈损毁所引发的经济损失，一旦相关人员在自身的工作岗位上没有做好检查工作，未及时识别出潜在的故障，一旦故障发生，在极短的时间内就会产生巨大的人员伤亡和经济损失，导致电容器在变电站无法发挥其作用。
3.3放电线圈二次回路短路保护的研讨
3.3.1预防措施
因为电容器放电线圈二次回路短路故障的危害巨大，为实现对此类故障的预防和控制，国家电网针对高压并联电容器设备在运行过程中关于放电线圈二次回路短路故障提出了相应的预防措施，具体包含了对放电线圈选型、接线方式、运行维护和投运前检查等方面。但这些规定中明显存在着一定的不足，为实现事故预防，应从以下方式来进行预防：放电线圈二次回路严禁出现短路问题，不得多于一点接地；严禁随意对保护接地方式加以更改，一旦在设计工作中因为保护模块接口限制方面的问题需进行接线方式的修改，要做好接地方式修改的可行性研究，只有在技术性和经济性分析的基础上，才能够有效减少二次回路短路故障的发生；如果放电线圈在电容器中的作用仅仅用于放电，不应进行二次线圈的设置；为避免电容器自身缺陷所引起的放电线圈二次回路，电容器正式投运之前要安排专人来开展全面检查和评估，检查电容器是否存在质量和性能问题，只有都调整到了标准使用的要求，并规范安装和操作[6]。
3.3.2放电线圈二次回路短路保护的研讨
根据电容器中放电线圈二次回路短路故障的原因调查，在开展短路保护设计方面，可选择以下的设计方式：（1）短路保护设计方案，设计原理与电压互感器加装熔断器的保护原理高度一致，具体的设计工作开展中，为提升短路保护的总体设计水平，在二次线圈接线端出口侧需配备特定型号的熔断器，并实现串接处理，具体的实施过程中，要严格按照电压互感器低压侧保护熔断器选用，这种保护方式的实现较为简单，但同样存在着一定的缺点，就是保护动作后没有预警。（2）借助于低压快速空气开关来完成相应的保护，为发挥这一开关的作用，尤其要保障其安装位置的正确性，最好将其安装在放电线圈二次线圈出口侧，在设备运行中，如果放电线圈二次回路中有过电流通过，开关动作跳闸的情况下也就可以立即消除故障，随之该开关的常开接点闭合启动报警装置以后也就会立即发出信号，提醒有关人员立即进行相应的故障排查和处理。
结束语：
放电线圈作为电容器中的重要构成，其在电力系统中有着极为重要的作用，但在使用时常常会由于接线错误等引发严重的放电线圈故障，给电力系统造成极为不利的影响，为全面推进放电线圈的作用实现，有关人员在日常的工作中要加强故障原因的分析，针对各类故障来采取有针对性的处理对策。
参考文献：
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