220 kV變電站全停事故分析

孫文濤，劉 淼，李 鐵，張 建

（國(guó)網(wǎng)遼寧電力調(diào)度控制中心，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

故障分析

220 kV變電站全停事故分析

孫文濤，劉 淼，李 鐵，張 建

（國(guó)網(wǎng)遼寧電力調(diào)度控制中心，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

針對(duì)一起同塔并架線路遭雷擊引發(fā)的220 kV變電站全停事故，闡述了事故發(fā)生的經(jīng)過(guò)、起因及事故處理過(guò)程，指出了開(kāi)關(guān)拒分、開(kāi)關(guān)拒合、二次回路缺陷、保護(hù)拒動(dòng)等多重設(shè)備缺陷導(dǎo)致此次事故的發(fā)生，分析了保護(hù)拒動(dòng)原因，并提出了防范措施。

多重設(shè)備；220 kV變電站；全站停電；事故處理；同塔并架；電網(wǎng)調(diào)度

2013年5月19日，某公司所轄的2條同塔并架的220 kV線路遭雷擊同時(shí)跳閘，重合時(shí)由于多重設(shè)備缺陷，導(dǎo)致1座220 kV變電站全站失壓，另1座廠站1條220 kV母線失壓。

1 事故經(jīng)過(guò)

1.1 事故前運(yùn)行方式

事故前，220 kV葵變運(yùn)行方式正常。220 kV母線環(huán)并運(yùn)行。Ⅰ母線元件為簡(jiǎn)葵線、寧葵線（空充線路）、1號(hào)主變。Ⅱ母線元件為超葵線、電葵線（至萬(wàn)風(fēng)電場(chǎng)，風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)未投運(yùn)）。

220 kV超廠2號(hào)主變檢修中，其他元件正常運(yùn)行。220 kV母線環(huán)并運(yùn)行。上母線元件為超葵線、1號(hào)主變。下母線元件為超北線、2號(hào)主變（檢修中）。簡(jiǎn)葵線、超葵線兩側(cè)使用三相重合閘，接線見(jiàn)圖1。

1.2 事故過(guò)程

19日12：25：37，220 kV簡(jiǎn)葵線191號(hào)塔、超葵線30號(hào)塔（為同塔）同時(shí)遭雷擊跳閘。

圖1 事故前電網(wǎng)接線

簡(jiǎn)葵線簡(jiǎn)側(cè)第1套距離一段動(dòng)作、第2套縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，重合成功，故障相別為A相，故障測(cè)距15.78 km，故障電流7 581 A，零序電流5 822 A。簡(jiǎn)葵線葵變側(cè)第2套縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，重合失敗，故障相別為A相，故障測(cè)距44.4 km，故障電流1 680 A。

超葵線葵變側(cè)2套縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，重合成功，故障相別為A相，故障測(cè)距68 km，故障電流1 110 A，零序電流1 560 A；超葵線超廠側(cè)2套縱聯(lián)保護(hù)動(dòng)作，A相開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，失靈保護(hù)動(dòng)作，超廠220 kV上母線停電，故障相別為A相，故障測(cè)距101 km，故障電流1 512 A，零序電流1 262 A。

此時(shí)，葵變?nèi)臼?，超廠上母線失壓。故障前，葵變1號(hào)主變倒送31 MW（用戶負(fù)荷94 MW、66 kV風(fēng)電125 MW），超廠負(fù)荷5 MW，故障沒(méi)有影響重要用戶，事故后接線見(jiàn)圖2。

圖2 事故后電網(wǎng)接線

1.3 事故處理

12：28，現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)葵變220 kV失壓，超廠匯報(bào)上母線失壓，為雷雨天氣。調(diào)度接到匯報(bào)后立即組織處理，通知現(xiàn)場(chǎng)檢查保護(hù)動(dòng)作情況及所內(nèi)設(shè)備。

12：45，簡(jiǎn)變匯報(bào)66 kV線路備自投已自動(dòng)帶出葵變66 kV全部負(fù)荷，無(wú)損失。超廠匯報(bào)已代出負(fù)荷。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)匯報(bào)、繼電保護(hù)動(dòng)作記錄（見(jiàn)表1）、故障錄波、雷電定位等信息，調(diào)度確定以下內(nèi)容：簡(jiǎn)葵線及超葵線有同塔并架段，根據(jù)雷電定位及保護(hù)測(cè)距，可能為同塔遭雷擊故障；超廠超葵線開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，母差及失靈保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致上母線停電；簡(jiǎn)葵線第2套縱聯(lián)保護(hù)未動(dòng)作；葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)合閘后，非全相保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)，懷疑葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)合閘時(shí)三相不一致。

13：55，拉開(kāi)葵變電葵線、超葵線、1號(hào)主變開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)簡(jiǎn)變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)，無(wú)壓合上葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)，準(zhǔn)備用簡(jiǎn)葵線對(duì)葵變母線進(jìn)行充電。操作中，葵變簡(jiǎn)葵線無(wú)壓合閘遙控失敗，通知檢修人員處理簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)拒合問(wèn)題。

14：32，超廠拉開(kāi)超葵線開(kāi)關(guān)的兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)后，用母聯(lián)開(kāi)關(guān)對(duì)超廠上母線充電良好，1號(hào)主變送電。同時(shí)檢查處理超葵線開(kāi)關(guān)拒分問(wèn)題。

14：39，調(diào)度通知對(duì)220 kV簡(jiǎn)葵線22—62號(hào)塔間，重點(diǎn)對(duì)42號(hào)塔進(jìn)行帶電巡線。對(duì)220 kV超葵線183—223號(hào)塔間，重點(diǎn)對(duì)203號(hào)塔進(jìn)行帶電巡線。

表1 保護(hù)動(dòng)作記錄（保護(hù)啟動(dòng)時(shí)間12：25：37：133）

18：22，葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)處理完畢，葵變220 kV系統(tǒng)送電良好。

18：25，葵變1號(hào)主變送電良好，負(fù)荷代出。

19：29，電葵線送電。

19：58，萬(wàn)風(fēng)電場(chǎng)1號(hào)主變送電。

21：10，超廠超葵線開(kāi)關(guān)處理完畢送電，系統(tǒng)恢復(fù)正常方式。

2 事故原因

2.1 同塔雙回線同時(shí)遭雷擊跳閘

查詢雷電定位系統(tǒng)，12：25：37有3個(gè)雷落在簡(jiǎn)葵線30號(hào)、超葵線191號(hào)塔附近，雷電流分別為－201.8 kA、38.3 kA、－54.6 kA（雷電監(jiān)測(cè)信息見(jiàn)表2），距離故障桿塔60～130 m。

表2 雷電監(jiān)測(cè)信息

巡線發(fā)現(xiàn)220 kV簡(jiǎn)葵線30號(hào)中線（A相）大沿玻璃瓶、均壓環(huán)、合成絕緣子傘群有雷擊燒傷痕跡，超葵線191號(hào)（與簡(jiǎn)葵線30號(hào)同塔并架）上線（A）大沿玻璃瓶、導(dǎo)線側(cè)均壓環(huán)、導(dǎo)線有燒傷痕跡，雷擊造成，運(yùn)行無(wú)問(wèn)題。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，故障簡(jiǎn)葵線27—32號(hào)（超葵線188—193號(hào)）塔接地電阻值均滿足設(shè)計(jì)要求。綜上所述，判斷故障為反擊雷造成，故障點(diǎn)為簡(jiǎn)葵線30號(hào)、超葵線191號(hào)塔（同塔并架），與雷電定位系統(tǒng)查詢結(jié)果一致，雷電流幅值為201.8 kA，而一般220 kV同塔雙回線反擊耐雷水平僅為79～92 kA［1］，此次雷電流幅值超過(guò)線路防雷設(shè)計(jì)水平。

2.2 葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)重合失敗（開(kāi)關(guān)拒合）

事故后，對(duì)葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)拒合原因進(jìn)行查找。

測(cè)試中，在主控室遙合簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)失敗。此時(shí)測(cè)量到合閘回路不通（TB1／29至TB1／34端子間不通），逐步定位為A相SP2限位開(kāi)關(guān)接點(diǎn)不通。但主控未顯示合閘回路不通的告警，開(kāi)關(guān)合閘回路見(jiàn)圖3。

圖3 開(kāi)關(guān)合閘回路

打開(kāi)A相機(jī)構(gòu)外殼，檢查合閘儲(chǔ)能彈簧凸輪連桿與限位開(kāi)關(guān)的接觸情況，發(fā)現(xiàn)壓接位置不到位。為驗(yàn)證壓接位置情況，打開(kāi)C相機(jī)構(gòu)外殼對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩相的壓接位置不同，輕微觸碰滾輪，再次測(cè)量合閘回路已導(dǎo)通。確定原因如下。

a.簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)合閘儲(chǔ)能彈簧凸輪連桿與限位開(kāi)關(guān)接觸不良，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)合閘彈簧儲(chǔ)能后、開(kāi)關(guān)跳閘后均發(fā)生凸輪連桿壓接位置異常，使合閘回路中斷、開(kāi)關(guān)拒合。

b.簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)二次回路設(shè)計(jì)存在缺陷，合閘回路失去監(jiān)視，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)合閘回路異常。

2.3 超廠超葵線開(kāi)關(guān)分閘失靈（開(kāi)關(guān)拒分）

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，由于超廠A相開(kāi)關(guān)操作連桿銹死，導(dǎo)致故障后開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，220 kV失靈保護(hù)動(dòng)作，上母線停電。且遠(yuǎn)跳二次回路未接線，失靈保護(hù)動(dòng)作后，未能啟動(dòng)遠(yuǎn)跳，導(dǎo)致葵變側(cè)超葵線開(kāi)關(guān)重合。超廠發(fā)電機(jī)組已于2010年5月退役，變電設(shè)備運(yùn)行中。

2.4 葵變簡(jiǎn)葵線第1套保護(hù)未動(dòng)作

根據(jù)簡(jiǎn)葵線葵變側(cè)故障錄波器波形（見(jiàn)圖4），分析葵側(cè)零序方向元件及負(fù)序方向元件的動(dòng)作情況，發(fā)現(xiàn)零序電壓滯后零序電流－89°，為正方向，而負(fù)序電壓超前負(fù)序電流130°，為反方向（故障時(shí)簡(jiǎn)葵線葵變側(cè)零負(fù)序電壓、電流見(jiàn)圖5），負(fù)序反向是由于跨線兩故障點(diǎn)間的負(fù)序環(huán)流所致?？v聯(lián)零序正方向元件被負(fù)序反方向閉鎖，不能動(dòng)作發(fā)信。

圖4 簡(jiǎn)葵線葵變側(cè)故障錄波器波形

分析故障錄波，簡(jiǎn)變側(cè)縱聯(lián)距離正方向及縱聯(lián)零序正方向均可正確動(dòng)作發(fā)信，而葵變側(cè)由于縱聯(lián)距離元件及縱聯(lián)零序元件均不能動(dòng)作發(fā)信，從而造成兩側(cè)縱聯(lián)距離保護(hù)及縱聯(lián)零序保護(hù)均未動(dòng)作。

因此，超葵線配置的第1套PRS_702CAP保護(hù)不適用于此次跨線故障。

圖5 故障時(shí)簡(jiǎn)葵線葵變側(cè)零負(fù)序電壓電流

3 防范措施

3.1 線路開(kāi)關(guān)本身存在缺陷治理

開(kāi)關(guān)拒合在電網(wǎng)運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生，線路故障后開(kāi)關(guān)拒合一般導(dǎo)致線路未重合成功，不會(huì)造成較大故障。但在此次多重故障情況下，開(kāi)關(guān)拒合則是造成變電站全停的重要原因之一，日常操作運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)隱患后應(yīng)及時(shí)處理。電網(wǎng)運(yùn)行中，開(kāi)關(guān)合閘儲(chǔ)能彈簧凸輪連桿與限位開(kāi)關(guān)接觸不良時(shí)有發(fā)生，一般需調(diào)整限位開(kāi)關(guān)至合適位置或?qū)ο尬婚_(kāi)關(guān)觸頭進(jìn)行打磨［2］。

開(kāi)關(guān)拒分則是電網(wǎng)運(yùn)行中比較嚴(yán)重的隱患。220 kV系統(tǒng)中線路故障后，開(kāi)關(guān)拒動(dòng)一般將造成失靈保護(hù)啟動(dòng)、母差動(dòng)作，導(dǎo)致多條220 kV線路跳閘，系統(tǒng)連接薄弱。

此次事故中，葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)拒合、超廠簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)拒分同時(shí)發(fā)生，是造成本次全停的主要原因。

3.2 二次回路缺陷治理

簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)二次回路設(shè)計(jì)存在缺陷，合閘回路失去監(jiān)視，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)合閘回路異常。超廠遠(yuǎn)跳二次回路未接線，導(dǎo)致葵變超葵線開(kāi)關(guān)在合位。兩處缺陷導(dǎo)致事故處理時(shí)調(diào)度判斷復(fù)雜，一定程度上增加了事故處理時(shí)間。針對(duì)簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)合閘回路失去監(jiān)視，已與廠家研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)重要出口繼電器及回路監(jiān)視，異常時(shí)及時(shí)告警。

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，保護(hù)和自動(dòng)化設(shè)備逐漸增多，二次回路接線日趨復(fù)雜，二次回路缺陷導(dǎo)致電網(wǎng)事故的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生［3］，運(yùn)行中應(yīng)關(guān)注二次回路相關(guān)信號(hào)，確保事故時(shí)運(yùn)行人員及調(diào)控人員可依據(jù)二次信息做出正確、及時(shí)的判斷處理。

3.3 提高變電站雙回線供電可靠性

電網(wǎng)改擴(kuò)建工程中，由于建設(shè)進(jìn)度存在時(shí)間差，新設(shè)備投運(yùn)過(guò)渡過(guò)程中難免存在雙回線帶1座變電站的薄弱方式，雙回線同塔時(shí)尤其薄弱。在此情況下，由于天氣、外力等因素不可預(yù)測(cè)，應(yīng)做好事故全停預(yù)案，惡劣天氣下變電站應(yīng)恢復(fù)有人值守，同時(shí)在低壓側(cè)配置備自投等方式確保事故時(shí)負(fù)荷無(wú)損失。

3.4 加強(qiáng)輸電線路綜合防雷治理

雷電反擊是造成同塔線路雷擊同時(shí)跳閘的絕對(duì)主因，即由于雷電流幅值或陡度較大，超過(guò)同塔線路多回反擊耐雷水平跳閘。加強(qiáng)線路絕緣是提高耐雷水平和降低反擊跳閘率的有效措施［4］。

應(yīng)針對(duì)性采取局部加強(qiáng)絕緣、架設(shè)耦合地線、減小桿塔保護(hù)角、安裝線路避雷器等防雷措施，將雷暴日頻繁地區(qū)的防雷治理工作列入反事故措施中，并加強(qiáng)反措執(zhí)行的力度，特別是對(duì)未安裝避雷器的220 kV輸電線路應(yīng)及時(shí)進(jìn)行線路避雷器的加裝工作。

3.5 加強(qiáng)用戶廠站設(shè)備管理維護(hù)

超廠側(cè)超葵線開(kāi)關(guān)A相操作連桿銹死，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)拒動(dòng)。因超廠發(fā)電設(shè)備已退役，輸變電設(shè)備仍運(yùn)行，由于資金、人員緊張，輸變電設(shè)備巡視、維護(hù)不到位，未發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)問(wèn)題，導(dǎo)致事故時(shí)開(kāi)關(guān)拒分。目前，超廠全站已退運(yùn)，葵變新建巖葵線已投運(yùn)。

在電網(wǎng)運(yùn)行中，用戶廠站由于資金投入、人員素質(zhì)、技術(shù)水平不高等因素，日常維護(hù)不到位，管理相對(duì)薄弱。應(yīng)加強(qiáng)用戶廠站管理，避免因用戶問(wèn)題導(dǎo)致大規(guī)模停電事件的發(fā)生。

3.6 更換保護(hù)裝置

簡(jiǎn)葵線配置的第1套PRS_702CAP保護(hù)，不能滿足跨線故障時(shí)負(fù)荷側(cè)配置要求，應(yīng)更換保護(hù)裝置［5］。

保護(hù)拒動(dòng)在電網(wǎng)運(yùn)行中時(shí)有發(fā)生，應(yīng)從設(shè)備、原理上認(rèn)真分析每一次拒動(dòng)原因，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的隱患，保證保護(hù)動(dòng)作的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于天氣、設(shè)備等因素，電網(wǎng)事故不可避免，且每次事故的原因及過(guò)程都不盡相同。此次事故由同塔雙回線遭雷電引發(fā)，因葵變簡(jiǎn)葵線開(kāi)關(guān)拒合、超廠超葵線開(kāi)關(guān)拒分而造成事故擴(kuò)大，同時(shí)簡(jiǎn)葵線第1套保護(hù)未動(dòng)作、超廠遠(yuǎn)跳二次回路未接線，導(dǎo)致葵變超葵線開(kāi)關(guān)在合位、超廠失靈保護(hù)動(dòng)作、超廠及葵變負(fù)荷損失等因素嚴(yán)重影響調(diào)度事故處理時(shí)的判斷，是一起典型的多重設(shè)備缺陷導(dǎo)致的220 kV全停事故。

需針對(duì)復(fù)雜電網(wǎng)事故詳細(xì)調(diào)查并分析事故發(fā)生及處理過(guò)程，查找事故原因，總結(jié)事故處理經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，從中發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)、設(shè)備缺陷以及管理漏洞，從而不斷優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式、強(qiáng)化設(shè)備運(yùn)維水平、提高人員事故處理水平，使電網(wǎng)運(yùn)行管理更加完善，保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，更好地為經(jīng)濟(jì)建設(shè)服務(wù)。

［1］交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合：GB／T 50064— 2014［S］.

［2］彭向陽(yáng)，詹清華，周華敏.廣東電網(wǎng)同塔多回線路雷擊跳閘影響因素及故障分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2012，36（3）：82－83.

［3］趙晨光，魏 明，郝增辰，等.高壓斷路器彈簧機(jī)構(gòu)常見(jiàn)故障分析及檢修方法［J］.河北電力技術(shù)，2013，32（3）：17－18.

［4］國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答（第二版）［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1997.

［5］夏勇軍，尹項(xiàng)根，胡 剛，等.同桿雙回線路繼電保護(hù)原理及工程應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37（3）：98－103.

Analysis on 220 kV Substation Shutdown Accident

SUN Wentao，LIU Miao，LI Tie，ZHANG Jian
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Dispatch Control Center，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In this paper，through a 220 kV substation full stop accident caused by lightning，the course of events，cause and accident treatment are elucidated.Refusal operation of switch，secondary circuit defect，miss operation of line protection and other multiple e?quipment defects are pointed out.It analyzes the cause for the refusal protection and puts forward preventive measures according to the problems exposed.

multiple equipment；220 kV substation；power cut of all?station；accident treatment；parallel lines on same tower；power grid dispatch

TM63

A

1004－7913（2016）11－0048－04

2016－08－20）

孫文濤（1983），碩士，高級(jí)工程師，從事電力調(diào)度、電網(wǎng)運(yùn)行工作。