直流故障引起全站失壓案例分析及防范措施

何 明，王 粟，辛占強(qiáng)

（1廣東電網(wǎng)公司云浮供電局，廣東 云浮527300；2湖北工業(yè)大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院，湖北 武漢430068）

220kV變電站110kV甲一線進(jìn)線門型架高跨連接處遭雷擊，使三相高跨引線絕緣子串擊穿，A、B相絕緣子掉串，高跨引線脫落搭接在110kVⅡ母線三相上，造成110kV兩段母線相繼發(fā)生三相短路。220kV變電站110kV母線發(fā)生三相故障后，10kV電壓下降，直流充電機(jī)退出運(yùn)行。110kV母線保護(hù)動(dòng)作，但因蓄電池異常導(dǎo)致直流電源不穩(wěn)定，造成全站多個(gè)開關(guān)未跳開，由對(duì)側(cè)220kV線路后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，220kV變電站失壓。［1］

1 事件過程

1.1 事件前的設(shè)備運(yùn)行方式

220kV變電站:云甲一線、云甲二線、云乙線、天云一線、天云二線共5回220kV出線均正常運(yùn)行；甲一線、甲鷹一線、甲陽一線、甲陽二線、甲二線、甲鋁一線、甲鋁二線、甲鷹二線、甲鑫線、甲楊線、甲米線共11回110kV出線均正常運(yùn)行；1、2號(hào)主變并列運(yùn)行，詳見文獻(xiàn)［1］。

1）云甲一線2110開關(guān)、云乙一線2310開關(guān)、天云一線2510開關(guān)、1號(hào)主變220kV側(cè)2201開關(guān)運(yùn)行于Ⅰ母；云甲二線2211開關(guān)、天云二線2511開關(guān)、2號(hào)主變220kV側(cè)2202開關(guān)運(yùn)行于Ⅱ母；2號(hào)主變112000中性點(diǎn)合上；4）站用電由1、2號(hào)主變10kV側(cè)提供（圖1）。

2）甲一線1011開關(guān)、甲鷹一線1051開關(guān)、甲陽一線1071開關(guān)、甲陽二線1081開關(guān)、1號(hào)主變110kV側(cè)1101開關(guān)運(yùn)行于Ⅰ母；甲二線1012開關(guān)、甲鋁一線1013開關(guān)、甲鋁二線1014開關(guān)、甲鷹二線1016開關(guān)、甲鑫線1412開關(guān)、甲楊線1314開關(guān)、甲米線1311開關(guān)、2號(hào)主變1102開關(guān)運(yùn)行于Ⅱ母。

圖1 站用變運(yùn)行方式圖

1.2 事故前直流系統(tǒng)運(yùn)行方式

Ⅰ、Ⅱ段直流母線分列運(yùn)行，Ⅰ段母線帶1號(hào)直流饋線柜35路負(fù)荷，負(fù)荷電流11A，1號(hào)充電機(jī)工作方式浮充，浮充電流0.5A、Ⅱ段母線帶2號(hào)直流饋線柜35路負(fù)荷。負(fù)荷電流8A，2號(hào)充電機(jī)工作方式浮充，浮充電流0.5A。直流充電機(jī)參數(shù)見表1。

表1 直流充電機(jī)參數(shù)圖

1.3 站用變運(yùn)行方式

10kV兩段母線分列運(yùn)行，1號(hào)站用變?cè)?0kVⅠ母運(yùn)行、2號(hào)站用變?cè)?0kVⅡ母運(yùn)行，兩臺(tái)站用變0.4kV側(cè)分列運(yùn)行，通過ATS開關(guān)互為備用（圖1）。

2 事件原因及存在問題分析

2.1 事件起因

變電站110kV甲一線進(jìn)線門型架高跨連接處遭雷擊，使三相高跨引線絕緣子串擊穿，A、B相絕緣子掉串，高跨引線脫落搭接在110kVⅡ母線三相上，造成110kV兩段母線相繼發(fā)生三相短路。詳見圖2。

圖2 A、B相進(jìn)線高跨引線在進(jìn)線門型架掉串及斷線圖

2.2 事件直接原因

220kV變電站110kVⅠ、Ⅱ母線發(fā)生三相短路時(shí)，10kV電壓下降到70.5%Ue，站用0.4kV系統(tǒng)電壓同樣降至70.5%Ue，引起兩套直流充電機(jī)退出運(yùn)行（充電機(jī)交流輸入工作電壓在85%～118%Ue范圍之內(nèi)，超過此范圍立即閉鎖，停止輸出）［2］。此時(shí)站用直流系統(tǒng)轉(zhuǎn)由蓄電池組供電。110kV母線保護(hù)動(dòng)作，在沖擊負(fù)荷下，兩組蓄電池同時(shí)故障導(dǎo)致直流電源不穩(wěn)定，造成全站多個(gè)開關(guān)未跳開，由對(duì)側(cè)220kV線路后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，220kV變電站全站失壓。

故障時(shí)全站僅母差保護(hù)出口動(dòng)作，發(fā)出跳閘命令，當(dāng)時(shí)運(yùn)行的110kV開關(guān)共14臺(tái)，Ⅰ段直流母線供3臺(tái)開關(guān)、Ⅱ段直流母線供11臺(tái)開關(guān)，每臺(tái)開關(guān)的跳閘電流約2.5A，由此計(jì)算，故障時(shí)一組蓄電池沖擊負(fù)荷電流18.5A，二組蓄電池沖擊負(fù)荷電流35.5A。

對(duì)全部15臺(tái)110kV開關(guān)進(jìn)行了外觀檢查，對(duì)其中4臺(tái)開關(guān)的最低動(dòng)作電壓進(jìn)行了測(cè)試（表2）。

由表2可知，故障時(shí)能跳開的開關(guān)中，母聯(lián)110最低動(dòng)作電壓為128V，甲陽二線1081開關(guān)為112 V，未跳開的開關(guān)甲一線1011開關(guān)和甲米線1311開關(guān)最低動(dòng)作電壓需要140V，說明故障時(shí)直流母線電壓在在128V～140V之間，最低動(dòng)作電壓超過140V的開關(guān)不能跳閘，以上開關(guān)的低電壓動(dòng)作特性均滿足規(guī)程要求（規(guī)程規(guī)定直流電壓143V以上，開關(guān)必需可靠動(dòng)作，66V以下不得動(dòng)作）。通過對(duì)線路保護(hù)裝置運(yùn)行記錄的檢查，可判斷故障時(shí)蓄電池電壓不停波動(dòng)，有時(shí)低至88V以下。

表2 開關(guān)的最低動(dòng)作電壓測(cè)試表

2.3 事件間接原因

2.3.1 客觀原因 蓄電池質(zhì)量存在問題，不能承受沖擊負(fù)荷。對(duì)二組各104個(gè)蓄電池進(jìn)行核對(duì)性充放電，一組有20只電池在放電過程中電壓低于1.8V，說明整組蓄電池經(jīng)過本次沖擊負(fù)荷后，已損壞。事故時(shí)，在沖擊負(fù)荷的影響下，一組蓄電池組中81號(hào)電池、二組蓄電池組中68、104號(hào)電池?fù)p壞，兩組蓄電池輸出電壓大幅下降，致使全站絕大部分開關(guān)、保護(hù)和自動(dòng)化裝置不能正常工作。

按《電力系統(tǒng)直流電源柜訂貨技術(shù)條件（DL/T 459-2000）》要求，大于200Ah容量的2V閥控式密封鉛酸蓄電池，應(yīng)能承受8倍Ⅰ10（10小時(shí)率放電電流）的沖擊電流，本組電池為300Ah應(yīng)能承受240A的沖擊電流，初步判斷蓄電池質(zhì)量存在問題［3］。

2.3.2 主觀原因

1）施工及驗(yàn)收把關(guān)不嚴(yán)。未發(fā)現(xiàn)蓄電池質(zhì)量存在問題，不能承受沖擊負(fù)荷。

2）日常維護(hù)工作不到位。事故后用電池巡檢儀進(jìn)行檢查和試驗(yàn)，巡檢儀可以對(duì)電壓異常的蓄電池報(bào)警，但信號(hào)只能在本裝置屏幕上顯示，未接入監(jiān)控系統(tǒng)。查詢報(bào)警記錄，未找到故障電池異常的報(bào)警信息，運(yùn)行維護(hù)人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池隱患［4］。

3）由于站五防機(jī)與監(jiān)控機(jī)為一體機(jī)，如有設(shè)備在對(duì)位狀態(tài)時(shí)，會(huì)影響值班員判斷設(shè)備正確位置狀態(tài)。

4）應(yīng)急處置技能有待提升。缺乏出現(xiàn)類似問題的應(yīng)急處置預(yù)案（處置原則），調(diào)度員及值班員應(yīng)急處置過程不夠熟練。

5）應(yīng)急處置心態(tài)不夠冷靜。應(yīng)急處置心態(tài)較急，操作步驟不完整，個(gè)別閉鎖裝置未及時(shí)復(fù)歸，影響后續(xù)操作。

3 防范措施

3.1 技術(shù)措施

1）變電站直流系統(tǒng)及蓄電池的日常運(yùn)行、維護(hù)及監(jiān)視規(guī)范、要求等需進(jìn)一步研究改進(jìn)和完善。

2）深入研究蓄電池?fù)p壞的機(jī)理，為蓄電池選型及運(yùn)維提供參考意見。

3）將變電站電池巡檢儀的報(bào)警信息接入監(jiān)控系統(tǒng)，確保運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)采取人工干預(yù)手段，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池隱患。

4）基于蓄電池的重要性，在后續(xù)的蓄電池設(shè)計(jì)選型中，對(duì)于重要變電站的兩組蓄電池建議采用不同廠家的電池，提高直流系統(tǒng)的可靠性。

3.2 組織措施

1）加強(qiáng)運(yùn)行人員的安全知識(shí)和安全意識(shí)、責(zé)任意識(shí)的教育，加強(qiáng)運(yùn)行人員的責(zé)任事件的考核、教育力度，加強(qiáng)運(yùn)行人員的日常的技術(shù)培訓(xùn)，加強(qiáng)運(yùn)行人員的基本訓(xùn)練和素質(zhì)。

2）要及時(shí)落實(shí)好變化管理工作，進(jìn)行對(duì)新設(shè)備的原理、操作的培訓(xùn)工作；開展專題培訓(xùn)，使運(yùn)行人員掌握蓄電池原理及變電站直流系統(tǒng)原理情況。

3）加強(qiáng)南網(wǎng)整定計(jì)算規(guī)程的宣貫、學(xué)習(xí)，將規(guī)程執(zhí)行與電網(wǎng)運(yùn)行實(shí)際、規(guī)避電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)更好的結(jié)合。

4）進(jìn)一步加強(qiáng)220kV重要變電站母線及相關(guān)一、二次設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)。

5）加強(qiáng)保護(hù)整定風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)，防止下一級(jí)故障越級(jí)到高電壓等級(jí)，考慮盡量將失配點(diǎn)遠(yuǎn)離變壓器。

6）深入開展事件調(diào)查，充分認(rèn)識(shí)當(dāng)前安全生產(chǎn)形勢(shì)的嚴(yán)峻性、緊迫性和艱巨性、復(fù)雜性，舉一反三，深刻汲取事件教訓(xùn)，把安全生產(chǎn)工作作為頭等大事抓緊抓實(shí)，盡職盡責(zé)落實(shí)好各項(xiàng)安全生產(chǎn)措施，嚴(yán)防類似事件再次發(fā)生［5］。

4 結(jié)語

變電站直流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備的重要組成部分，直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到電力系統(tǒng)及電網(wǎng)的安全運(yùn)行，一旦直流電源系統(tǒng)發(fā)生故障或異常，就有可能造成繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置拒動(dòng)或誤動(dòng)，從而對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成不良的影響，給電力系統(tǒng)和國家的安全生產(chǎn)帶來不可估量的損失［6］。

［1］ 繆自強(qiáng).余正海.變電運(yùn)行事故分析及處理［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］ 韓媜祥.電力系統(tǒng)分析［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2006.

［3］ 白忠敏，劉百震.電力工程直流系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.第二版.北京:中國電力出版社，2008.

［4］ 上海市電力公司.變電運(yùn)行操作技能必讀［M］.北京:中國電力出版社，2001.［5］ 張?jiān)?變電運(yùn)行現(xiàn)場技術(shù)問答［M］.第二版.北京:中國電力出版社，2009.

［6］ 齊 文，陳聰磊.變電站直流系統(tǒng)故障分析與處理［J］.北京電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2010，25（1）:52-54.