一起特殊運(yùn)行方式下母線故障分析及思考

汪志成 葛亞明 仇晨光 程錦閩

江蘇省電力公司 江蘇 南京 210024

0 引言

為提高供電可靠性，很多城市電網(wǎng)中都采用了環(huán)網(wǎng)的方式供電，即多個(gè)變電站采用類似于“手拉手”的方式連接成環(huán)狀供電。此供電方式的優(yōu)點(diǎn)在于供電可靠性較高，當(dāng)環(huán)網(wǎng)中任一線路出現(xiàn)問(wèn)題跳開(kāi)后，不影響環(huán)網(wǎng)中變電站的正常供電［1］。但是，如果恰逢環(huán)網(wǎng)中的重要受電通道故障停運(yùn)，則可能造成潮流轉(zhuǎn)移，引起其他線路嚴(yán)重過(guò)載，對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行極為不利［2］。另一方面，系統(tǒng)中的樞紐變電站，其中中壓側(cè)母線的結(jié)排方式受到各種因素制約，往往某一重要輸電通道所有線路接在同側(cè)母線上。此時(shí)如雙母線同時(shí)跳閘，則會(huì)損失整個(gè)輸電通道，嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

1 事故前方式

某樞紐變電站A，其近區(qū)的電網(wǎng)結(jié)排方式如下圖1所示。事故前，該變電站Ⅰ段母線電壓互感器為冷備用狀態(tài)（缺陷停運(yùn)）。可以看到，ABCDF等變電站間由單回或雙回線相連形成多角環(huán)供電。G為接在F變電站的一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)，發(fā)電能力有限。A變電站為樞紐變電站，裝有兩臺(tái)聯(lián)絡(luò)變壓器與高電壓等級(jí)電網(wǎng)相聯(lián)，是地區(qū)電網(wǎng)的主要受電節(jié)點(diǎn)。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)結(jié)排方式示意圖

A變電站中壓側(cè)母線的結(jié)排方式如下圖2所示，可以看到，多角環(huán)內(nèi)的相關(guān)出線 2、3、4、5、6 均接在Ⅰ、Ⅱ段母線，僅有出線1接在Ⅳ段母線。

圖2 A變電站母線結(jié)排方式示意圖

2 事故情況再現(xiàn)

事故時(shí)，A所Ⅰ、Ⅱ段母差保護(hù)動(dòng)作，Ⅱ段母線跳閘。同時(shí)，由于Ⅰ段母線電壓互感器缺陷停運(yùn)，Ⅰ段母線失壓，Ⅰ段母線上所有出線開(kāi)關(guān)（除＃3主變與Ⅰ、Ⅲ段分段a開(kāi)關(guān)外）跳開(kāi)。后現(xiàn)場(chǎng)檢查確認(rèn)Ⅰ段母線仍帶電（#3主變開(kāi)關(guān)、Ⅰ、Ⅲ段分段a開(kāi)關(guān)運(yùn)行）。跳閘線路示意圖，如圖3所示：

圖3 跳閘線路示意圖

3 事故處理過(guò)程

事故時(shí)，A所Ⅱ段母線母差保護(hù)動(dòng)作，Ⅱ段母線上所有開(kāi)關(guān)均跳開(kāi)，同時(shí)Ⅰ段母線上所連4條線路開(kāi)關(guān)均跳開(kāi)。調(diào)控員接到匯報(bào)后立即通知現(xiàn)場(chǎng)變電運(yùn)維人員檢查處理。由于A所Ⅰ、Ⅱ段母線上所有出線開(kāi)關(guān)跳閘，潮流轉(zhuǎn)移后，線路7承擔(dān)了C、D、E、F等4座變電站負(fù)載，線路7、8電流嚴(yán)重超過(guò)額定載流量，分別高達(dá)1430A和1180A（線路載流量均為660A/40℃），過(guò)載倍數(shù)分別達(dá)到了2.1和1.8倍；調(diào)控員立即通知相應(yīng)下級(jí)調(diào)控員在上述變電站事故拉電。同時(shí)通知通過(guò)上述變電站并網(wǎng)的低壓相關(guān)小電廠滿發(fā)。

調(diào)控員通過(guò)EMS監(jiān)視畫面判斷事故拉限電尚未有效控制線路7/8潮流。為降低線路潮流，避免事故范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，調(diào)控員通過(guò)匯總分析EMS系統(tǒng)、變電站視頻監(jiān)視系統(tǒng)及現(xiàn)場(chǎng)人員匯報(bào)等信息，綜合考慮了線路5載流量、線路狀態(tài)等信息，發(fā)令合上線路5開(kāi)關(guān)（見(jiàn)圖4）。合環(huán)后線路5電流上升至1174A（425MW），線路7、8電流均下降到線路載流量之內(nèi)，事故得到了有效地控制。

過(guò)后，A所值班員檢查發(fā)現(xiàn)母線故障系因線路12 A相電流互感器發(fā)生爆炸所致，要求將線路12改為冷備用處理。調(diào)控員隨后將A所Ⅱ段母線與其它可恢復(fù)線路送電合環(huán)。

圖4 通過(guò)線路5將多角環(huán)合環(huán)示意圖

4 事故分析

故障前，A所Ⅰ段母線電壓互感器冷備用，Ⅰ段母線電壓取自電壓并列裝置并列的Ⅱ段母線電壓。運(yùn)行在Ⅱ段母線的線路12的A相電流互感器故障，屬于Ⅱ段母線區(qū)內(nèi)故障，Ⅰ、Ⅱ段母差SGB750保護(hù)在啟動(dòng)后32ms，大差與Ⅱ段母線小差正確動(dòng)作跳閘，跳開(kāi)Ⅱ段母線上所有開(kāi)關(guān)（線路3、6、12、ⅠⅡ段母聯(lián) b，ⅡⅣ段分段 c開(kāi)關(guān)），Ⅱ段母線失壓。同時(shí)，Ⅰ段母線所有線路保護(hù)也失壓，運(yùn)行在Ⅰ段母線上四條線路2、5、11、4的距離保護(hù)因失壓而動(dòng)作跳閘，距離保護(hù)動(dòng)作行為符合距離保護(hù)原理，繼電保護(hù)正確動(dòng)作。

5 故事分析結(jié)論及建議

1）A所Ⅰ段母線電壓互感器因缺陷停用是導(dǎo)致本次事故范圍擴(kuò)大的重要原因。雙母線（或四段式母線）結(jié)排方式下，采用母線電壓互感器時(shí)，一段母線電壓互感器檢修的情況下，線路保護(hù)通過(guò)電壓并列裝置采用另一段母線電壓互感器電壓。當(dāng)有電壓互感器的母線發(fā)生故障跳閘時(shí)，非故障母線線路保護(hù)會(huì)失去電壓。此時(shí)線路保護(hù)裝置均已啟動(dòng)，電壓互感器斷線閉鎖功能不再起作用，距離保護(hù)會(huì)動(dòng)作出口，造成擴(kuò)大停電的嚴(yán)重的后果。這種類型故障已不是第一次出現(xiàn)［3-4］。因此，國(guó)網(wǎng)企標(biāo)《線路保護(hù)及輔助裝置標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范》（Q／GDW 161-2007）中提出“為簡(jiǎn)化電壓切換回路，提高保護(hù)運(yùn)行可靠性，雙母線結(jié)排線路間隔宜裝設(shè)三相電壓互感器”。建議今后新建變電站應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)范推薦采用三相線路電壓互感器［5-6］。對(duì)于已采用母線電壓互感器的老站，在擴(kuò)建新間隔時(shí)，具備條件的情況下也應(yīng)采用三相線路電壓互感器。

2）針對(duì)A所暴露出的母線結(jié)排方式不盡合理，導(dǎo)致故障下局部地區(qū)同一方向通道集中失電、部分老舊導(dǎo)線線路載流量偏低的情況，應(yīng)加快研究制定站內(nèi)結(jié)排優(yōu)化、老舊線路改造方案，提高電網(wǎng)在檢修或故障方式下安全性、可靠性。同時(shí)，在新變電站規(guī)劃設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免不合理的母線結(jié)排方式。

3）為提高事故處理效率，加速恢復(fù)送電進(jìn)程，調(diào)控員在未接到現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員檢查匯報(bào)的情況下進(jìn)行了操作，加快了失電設(shè)備及用電負(fù)荷的恢復(fù)速度，極大降低了經(jīng)濟(jì)損失，但也存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，故公司安監(jiān)、調(diào)控與運(yùn)檢等部門應(yīng)聯(lián)合開(kāi)展無(wú)人值班模式下變電站發(fā)生事故后的強(qiáng)送電要求研究，并修編相應(yīng)安全規(guī)程及事故處理規(guī)定。

4）在故障發(fā)生后第一時(shí)間，調(diào)控、繼電保護(hù)人員通過(guò)保護(hù)故障信息系統(tǒng)及時(shí)調(diào)閱了故障變電站及周圍變電站保護(hù)故障信息，對(duì)故障原因和繼電保護(hù)動(dòng)作行為作出了迅速判斷，并在后續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)判斷和分析中得到了印證［7］。但是，目前系統(tǒng)內(nèi)部保護(hù)故障信息子站運(yùn)行情況不良，信息調(diào)閱不暢。建議進(jìn)一步加強(qiáng)現(xiàn)有保護(hù)信息子站運(yùn)維，提高信息質(zhì)量，為電網(wǎng)故障快速研判提供技術(shù)支撐［8］。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜以及典型設(shè)計(jì)在電網(wǎng)中的大規(guī)模應(yīng)用，某些特殊運(yùn)行方式在電網(wǎng)運(yùn)行中大量出現(xiàn)。同時(shí)，在復(fù)雜的故障情況下，保護(hù)、自動(dòng)化等系統(tǒng)信號(hào)量非常大，這對(duì)調(diào)控員的判斷與事故處理提出了更高的要求。因此，在擴(kuò)建與新建變電站時(shí)，我們建議采用更合理的母線結(jié)排，以及標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)，盡量采用線路三相電壓互感器，從而在原理上避免此類事故的發(fā)生，更好的保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］周志超，張焰，王偉等．變電站供電可靠性的定量評(píng)估［J］．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，8（9）：66-69．

［2］姚李孝，崔杜武，伍利等．基于時(shí)序模擬法和Petri網(wǎng)的電氣主結(jié)排可靠性評(píng)估．西安理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，21（1）：42-46．

［3］王世洋，左靖．母線保護(hù)雙重化改造中注意事項(xiàng)的探討［J］．繼電器，2008，36（3）：75-78．

［4］馬龍，談森，劉豫龍．嘮山站A段母差保護(hù)跳閘原因分析及防范措施［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2004，24 （4）：86-88．

［5］吳懷誠(chéng)，王巍．微機(jī)型母線保護(hù)存在的若干問(wèn)題及解決方案［J］．電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2008，36 （20）：78-82．

［6］陳建玉，孟憲民，張振旗，王志華．電流互感器飽和對(duì)繼電保護(hù)影響的分析及對(duì)策［J］，電力系統(tǒng)自動(dòng)化．2000，24（6）：54-56．

［7］宋方方，王增平，劉穎．母線保護(hù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（J）．電力自動(dòng)化設(shè)備，2003，23（7）：66-69．

［8］汪覺(jué)恒，唐衛(wèi)華．國(guó)內(nèi)外各類母線保護(hù)技術(shù)特性分析［J］．電力自動(dòng)化設(shè)備，2000，20（1）：43-45．