（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司南宁局 530028）
摘要：本文记述了一起500kV线路串补因MOV故障永久旁路事件，包括事件的处理过程、故障情况、故障分析等，并对该设备的历次故障情况进行统计分析，为专业人员日后处理相关故障提供了依据。
关键词：500kV，串补，，MOV，永久旁路
随着西电东送电力网络的逐渐完善，网架中串联补偿电站（简称：串补站）的建设也逐渐增多，大大增强了西电东送交流线路的送电能力，满足了西电东送电量的进一步增长。目前串补装置保护用金属氧化物限压器（metal oxide varistor，MOV）作为串补设备的重要组成部分，也得到了广泛应用。近年来，串补保护运行稳定性日趋稳定，但永久旁路事件时有发生。本文针对一起500kV线路串补因MOV故障永久旁路的事件进行分析，为专业人员日后处理相关故障提供了依据。
1事件经过
1.1故障发生过程
2013年9月16日，某500kV线路A相发生单相接地瞬时故障，经查该线路A相雷电电流55kA，该线路串补站串补保护A相MOV高电流动作，同时触发GTE点火命令，随后发生串补MOV不平衡保护、MOV温度梯度高定值保护动作，500kV串补永久旁路。
运行人员随即将该线串补由旁路状态转为接地状态。当天，经专业人员分析保护录波，初步判断该串补A相MOV可能已经受损，不具备投运条件，还需要进一步检查处理。次日上午，高压试验人员检查发现500kV该线串补A相-F22支路的MOV两端防爆膜变形，泄压口有少量黑色灰迹。高压试验人员继续对该线串补A相每个其余MOV进行检查工作，均未发现异常。拆除掉损坏的MOV后，MOV冗余量由3台变为2台，经调整试验后确认串补一次设备具备送电条件，并向总调保护处申请调整定值，下午，串补站巡检人员到现场进行工作验收，修改串补保护定值后，设备恢复送电。
2串补保护动作行为分析
2.1 MOV高电流保护动作
图1 MOV高电流保护动作
保护定值：电流阈值13800A，触发前的采样点数为2个采样点。
由图1可以看出：Y1为17719.78A，Y2为30420.71A，连续两个采样点均满足高电流保护动作定值，高电流保护正确动作。
2.2 MOV不平衡保护动作
保护定值：MOV不平衡电流定值1000A，动作延时1ms。
在X1时刻开始出现MOV不平衡电流:Imov1=4337.66A，Imov2=11434.42-4337.66=7096.76A。
经过计算Y1点得到不平衡电流为3182.6A，超过保护动作值，不平衡保护正确动作。
2.3 MOV温度高梯度保护动作
保护定值：起始值30k，温度累积延时100ms。
该串补MOV有3个冗余，折算定值为30*24/27=26.7k，由图3可知X2-X1=100ms时，Y2-Y1温升为27.27K，保护正确动作。
2.4间隙保护拒绝触发动作
保护定值：间隙触发阈值400A，拒绝触发延时20ms。
间隙拒绝触发的原因如下：MOV高电流动作后，考虑到保护系统信号传递延时、板卡硬件处理响应时间(总共<1ms)等因素，火花间隙自触发及GTE在收到点火信号后触发火花间隙的时刻分别为16:37:41:3864及16:37:41:3865，由附件5可以看出此时电容器组两端电压开始衰减，电容器电流(最多测量电流值为4000A)达到峰值不再变化，从不平衡电流来看，IMOVtotal/IMOVbranch已达到75和54，说明此时MOV已经击穿，形成放电通道，实际短电压应该急剧下降，间隙在20ms内不能触发，GAP保护拒绝触发正确。
3 MOV故障分析
通过对MOV数据分析可知，从16:37:41.385149时刻开始MOV电流开始变大，此时端电压值为117.174kV，此时MOV开始吸收能，16:37:41.386049时刻IMOVtotal/IMOVbranch达到2.599，与正常比值相差较大，说明此时MOV已经开始损坏，16:37:41.386199时刻IMOVtotal/IMOVbranch达到8.558，后面该比值继续增大到73和54，某只MOV单元完全损坏。经过计算，该相MOV在故障单元完全损坏前总共吸收能量为1.33MJ，远远小于设置75MJ。在故障过程中MOV承受最高电压值为127.242kV，没有达到电压保护水平2.37pu（133kV），MOV承受电压值未超过电压保护水平。
图2 MOV不平衡保护动作
图3 MOV温度高梯度保护动作
MOV是在系统发生故障的情况下限制电容器两端的电压到规定的保护水平内，流过的是系统短路电流，尤其区外故障时，在考虑各种不利因素后，在MOV上流过的短路电流持续时间长，对MOV的能量吸收能力和绝缘耐受水平都提出了很高的要求。
首先，MOV单元能量吸收能力要求远远高于常规的避雷器。由于通过单只MOV无法达到吸收如此巨大能量的要求，目前世界上的主流厂商都是通过多个MOV单元并联构成，单元则由阀片串并联组成，对阀片的均一性和单元的均流特性提出了很高的要求，且为了保证MOV在生命周期内的能量吸收能力和单元均流特性的一致性，要求所有的并联单元都具有相同的老化特性和运行经历，所有的备品都是热备用于平台上。如果MOV能量吸收能力无法达到系统运行的要求时，必须整组进行更换。
其次，MOV单元绝缘耐受水平也比常规避雷器高。常规避雷器正常情况下承受的是系统的正常运行电压，在避雷器动作后，承受的是雷电冲击和操作冲击残压，持续的时间短，过电压持续时间在微秒级。MOV在系统短路时流过的是工频电流，承受的过电压为保护水平下的工频电压，持续时间可以达到几个周波，时间最长可达几百毫秒，对MOV单元的工频耐受能力提出了非常高的要求。
图4 间隙保护拒绝触发动作
由于MOV在正常运行过程中的运行电压为负荷电流在串联电容器上形成的工频电压，电压随着电流的变化也会产生变化，其电压远远低于其持续运行电压和工频残压，无法象常规避雷器一样通过监测泄露电流来反应其健康状况，也无法通过常规的直流参考电压测试来保证其在短路期间的均流一致性，从而造成运行期间缺乏有效的手段对其进行检测。
综上所述，结合已有运行经验，初步判断MOV单元损坏的原因为MOV本身质量引起，但缺乏有效检测手段，具体原因需在MOV解剖后进行确认。
4串补MOV历次故障情况分析
目前，世界上各主流厂家的MOV制造工艺仍然存在不足，主要制造厂家的质量控制仍然有待完善。截止目前为止，美国GE公司、德国西门子公司、国内的中电普瑞（廊坊东芝）制造的MOV，在超高压公司的实际运行中，都多次发生内部故障。详见表1：
图5 故障MOV图片
表1 MOV内部故障汇总表
西门子公司的MOV在超高压公司共发生3次MOV内部故障。分别为平果串补、罗百I线串补、河池串联在进行人工接地短路试验时发生MOV压力释放。廊坊东芝公司生产的MOV（为中电普瑞和南瑞的供货商）共发生3只MOV内部故障。分别为砚山串补运行中发生1次、马百串补在4月12和30日各发生一只内部故障。GE公司共发生3次MOV内部故障，且由于内部压力释放失效，造成瓷套爆裂，周边设备损坏。
从西门子和廊坊东芝、GE公司以往发生的MOV的9次内部故障情况分析，都可以排除MOV由于能量耐受能力不足造成的故障，都是从内部阀片的沿面发生闪络。而GE公司由于内部隔弧材料（类石棉）存在下沉等设计和工艺问题，内部闪络后存在爆炸并损坏周边设备、危及生产人员人身安全的风险。
由于目前各国际和国内厂家受制于试验设备能力，在型式试验和例行试验中都未对工频耐受能力进行考核，在IEC和国标的对应标准中也未对该类试验进行要求。从目前各主流厂家都出现内部闪络的情况分析，都存在工频耐受能力裕度不足的情况。在内部存在一定制造缺陷和隐患的情况下，按照目前标准规定的型式试验和例行试验，无法通过试验检出，造成各个串补装置仍然存在运行中MOV故障的风险。
结束语
（1）考虑到各串补设备的电经历差异，每个MOV单元特性不尽相同，极易出现个别MOV单位故障而导致其他设备受损的情况，且无法进行带电测试，建议每年检测运行时间较长、电气性能下降的设备，及早整体更换，提高设备运行可靠性。
（2）针对串补设备的特殊性，吸取国外经验，及早出台相应的检验标准，从而从产品源头上消除设备隐患。
参考文献
[1]邓永健，张杰.一起串补MOV内部故障分析[J].广西电力,2013, 36(04):72-74.
[2]陈喜鹏.500kV串联补偿过电压研究[D].华南理工大学,2010.
[3]王晓刚.砚山500kV串补工程设备规范与过电压保护控制研究[R].北京：中国电力科学院,2008.
作者简介
李黄河，男，广西岑溪市人，大学本科学历，助理工程师职称，于超高压输电公司南宁局从事继电保护工作，530028。
论文作者:李黄河
论文发表刊物:《电力设备》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/27
标签：电流论文; 故障论文; 动作论文; 电压论文; 旁路论文; 单元论文; 发生论文; 《电力设备》2018年第23期论文;