捷克电网不明原因重合闸的分析

INMR 中文, Utility Practice & Experience

Read This Article in English

近几年捷克电网系统中记录到的越来越多自动重合闸并不是雷电或对外界物体如树木等的闪络而引起的,因此被归为‘不明原因’自动重合闸。为了查明可能的原因,将发生过不明原因自动重合闸(UARs)的杆塔上不同类型的绝缘子摘取下来,随后送往实验室进行测试,验证它们的电气性能,包括耐压和耐污闪性能。在与绝缘子全新时的性能比较之后,没有观察到其性能有显著的区别。

本文由布拉格(Prague)EGU高压实验室Vaclav Sklenicka撰稿,分析了不明原因重合闸(UARs),旨在将UARs与时间、运行环境以及周围的条件(比如温度,露点等)相关联。也调查了不同类型绝缘子的影响,即对长棒形瓷绝缘子,盘形悬式玻璃绝缘子以及复合绝缘子进行了对比。


按时间和周围条件的UARs分布

1显示了捷克电力系统20082012年间UARs次数/月均分布图,而图2显示了选定的400千伏架空线上UARs次数/时间段分布图。图3显示了UARs发生频率取决于相对湿度,而图4则显示了UARs与环境温度和露点的关系。

图1: 2008-2012年间UARs月均分布图。
2: 选定的400kV架空线上UARs发生的时间段分布图。
图3: UARs取决于相对湿度。
图4: 不同环境温度和露点下UARs的变化。

对发生UARs的时间的分析证实了与其他国家类似调查的结果一致,即发生UARs频率最高的时间在清晨,且在6月到10月。此外,图3和图4表明,这些重合闸发生时绝缘子表面可能有凝露。

发生UARs期间的电压和电流

ACM监控系统除了其他的功能外,还能搜集并存储所有的变电站的故障记录,包括成功的重合闸。这些记录是数字化的,采样时间间隔为1kSa/秒,绘制相电压和电流的时间波形图。在一极重合闸成功的情况下,这一间隔包含了短路电流出现之前的时间、短路持续的时间以及故障极打开和重合闸时间。图5显示了捷克电力系统中这种波形的实例。图6显示了在时间扩展模式下的同样的记录。

Advertisement

5: 记录一极重合闸成功的实例。
6: L3相短路记录的第一部分。

以上这些成功重合闸记录的分析提供了以下信息:

• 短路电流出现前不久所有电压的时间波形,例如,电压是否是全电压并且没有凹形状畸变;

• 短路出现瞬间的电压水平;

• 短路电流的大小;

• 短路电流的不同周期;

• 重合闸成功;

• 无电压时间间隔;

• 重合闸之后工作电流恢复。

对所有这些特性进行评估可以确定任何短路的详情以及诱导这些情况的可能原因。就此方法而言,分析了V400,V435,V444和V457线路上重合闸(有时同时发生)的所有相关记录,得出以下结论:

所有短路均发生在稳态电压和稳态电流的正常工作状态下。发生前没有任何雷电或操作过电压或电压变小/畸变或电流增大。

所有重合闸都是成功的,过程标准,没有任何偏差。

闪络发生在或者电压峰值或者峰值之前,基本上与电压等级无关。这表明故障的原因是外部的(比如鸟类粪便导致悬式绝缘子污闪)。

按照绝缘子类型分析不明原因重合闸

捷克输电线路运行在110kV,220kV和400kV电压下,装配的绝缘子类型有长棒形瓷绝缘子、盘形悬式玻璃绝缘子串或复合绝缘子。与25年前不同的是,大部分输电线路只运行在仅轻度到中度污染的区域。尽管如此,绝缘子串的选型却是依据重度污秽而确定的,并且满足干耐受雷电冲击电压、湿工频耐受电压或湿雷电冲击电压标准的要求。

捷克采用的不同绝缘子类型实例。

为便于这次分析,只考虑毫无争议归因于某种特定绝缘子类型的自动重合闸。这一分析基于自动重合闸的强度(Λ)来进行,包括以下变量:

Advertisement

• 在给定的时间段和系统电压下,自动重合闸次数针对某种绝缘子类型(瓷、玻璃或复合),并且

安装这类绝缘子的串数。

图7到图9比较了2010、2011、2012年间所有重合闸强度(Λtotal)、雷电引起的重合闸强度(Λlight)以及不明原因重合闸强度(ΛUAR)的值。

图7: 2010年的数据。
图8: 2011年的数据。
图9: 2012年的数据。

如图10-13所示,所有电压等级中,不同绝缘子串类型的百分比分布,不明原因自动重合闸强度的百分比分布比较,均与绝缘子串类型有关。

图10: 110kV系统电压下,不同绝缘子类型的不明原因重合闸强度分布图。
图11: 220kV系统电压下,不同绝缘子类型的不明原因重合闸强度分布图。
图12: 400kV系统电压下,不同绝缘子类型的不明原因重合闸强度分布图。
图13: 2010至2012年间不同绝缘子类型总的重合闸强度百分比分布图。

1013表明,装配复合绝缘子串的自动重合闸强度最高。我们以往的运行经验也支持了这一结论。例如,将一条线路横穿道路处的杆塔上的瓷绝缘子替换为复合绝缘子之后(为了增加导线对塔的净空)就观察到了自动重合闸显著增加。同样,在另外三例中,一条装配复合绝缘子的新线路通电之后仅几十个小时之内就发生了自动重合闸。这其中的一个原因可能是因为不同的干弧距离。表1显示了捷克输电线路上采用的不同绝缘子串的典型干弧距离。

Advertisement

表1:捷克共和国110kV,220kV和400kV线路中不同绝缘技术所用的干弧距离.

只有在400kV的系统电压下,复合绝缘子组装的绝缘子串的干弧距离才短于其它类型的绝缘子串。而在110kV220kV下,所有类型绝缘子串的干弧距离基本相同。由此得出,减短干弧距离似乎不是安装复合绝缘子串的线路上不明原因重合闸发生率更高的唯一原因。正在对此进一步研究。

分析不明原因重合闸得出的结论

基于以上数据,提出以下几点:

• 不明原因重合闸发生时,既没有大气过电压(雷击)也没有操作过电压;

• 大多数不明原因重合闸发生于7月到10月湿度高于正常状态的清晨;

• 大多数不明原因重合闸发生在低污染区域的线路上;

• 发生在复合绝缘子上的不明原因重合闸的强度最高。

因此,不明原因重合闸可能的原因包括:

污闪

流体状导电鸟粪诱发的闪络

未知闪络机理

污闪

支持污闪是不明原因重合闸发生的诱因这一结论是基于它出现在湿度和凝结度较高的情况下。而强烈反对这一解释的观点如下:

• 不明原因重合闸往往发生在轻度或中度污秽区,而捷克共和国所有的绝缘子选型都是按照重度污秽等级确定的;

• 不明原因重合闸大多发生在耐污性能更好的复合绝缘子串的线路上。

流体状导电鸟粪诱发的闪络

以下两个事实支持这一解释:

• 不明原因重合闸发生的时间(月份和每天的时间)是典型的流体状导电鸟粪诱发闪络的时间;

• 在一些杆塔的横担上发现了鸟粪的痕迹。

然而,反对这一解释的主要观点是,这种类型的闪络通常发生在系统电压较低的架空线上,以及在捷克共和国并不常见到的大型鸟种出现的情况下。

未知闪络机理

由于闪络发生在相对湿度较高的环境下,有可能与电场分布的变化有关。另一方面,大多数不明原因重合闸与复合绝缘子有关,而原则上复合绝缘子应该能够更好地抵御这种类型的闪络。

摄像机检测线路

为了得到更多的信息,在途经不明原因重合闸发生率较高区域的两条400kV架空线路上,把由运动传感器启动的摄像机安装在选定的杆塔上。其中一条线路是复合绝缘子串而另一条线路是盘形悬式玻璃绝缘子串。从6月到10月进行了监测。

Advertisement

摄像机在400kV杆塔上的位置。

检查结果

复合绝缘子的架空线路

在此期间,对两个选中的杆塔进行了监测,每台摄像机各拍摄了约1000张照片。

安装复合绝缘子的架空线图片。

记录到了红隼的鸟类出现在杆塔上,从残留食物和鸟粪的证据来看,这些鸟似乎已经在塔架上靠近绝缘子串悬挂点处筑起了栖息地。

安装盘形悬式绝缘子串的架空线

记录到的所有不明原因重合闸均发生在上相(从塔座窗看),因此三基杆塔上的摄像机都对准这里,监测期间每个摄像机各拍摄了约300张照片。

安装盘形悬式玻璃绝缘子的架空线图片。

摄像机监测得出的结论

安装复合绝缘子的架空线

不明原因重合闸的主要原因似乎可能是流体状导电鸟粪引发的闪络。这种鸟类的大量出现、杆塔上鸟粪的痕迹以及此处绝缘子串的电弧距离相对较短的事实,支持了这一结论。

安装盘形悬式玻璃绝缘子的架空线

这条线路不明原因重合闸仅发生在记录到的鸟类出现率很低的上相(从塔座窗看),无法找到结论性原因。同时,有一例观察到距离悬垂线夹约一米处的导线上似乎有工频电弧损伤,这是典型的流体状导电鸟粪诱发的闪络,所以对两条线路的监测还在继续。

工频电弧损坏导线的证据。