變電站全站失壓機(jī)理分析

甘凌霄，單翔，朱靈子，林剛，朱劍宇

（1.貴州電網(wǎng)公司貴陽供電局，貴陽550000；2.貴州電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，貴陽550000）

變電站全站失壓機(jī)理分析

甘凌霄1，單翔1，朱靈子2，林剛1，朱劍宇1

（1.貴州電網(wǎng)公司貴陽供電局，貴陽550000；2.貴州電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，貴陽550000）

闡述了某110 kV變電站全站失壓過程，結(jié)合故障錄波裝置的波形圖和電力系統(tǒng)暫態(tài)邊界理論，判斷出故障類型及保護(hù)動(dòng)作順序，分析了造成全站失壓的原因，提出了解決方案；引入電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型，評估此次事件對電網(wǎng)造成的影響，并用總費(fèi)用法（TOC）估算此次事件帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會損失。

全站失壓；故障類型；電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)；經(jīng)濟(jì)損失

0 引言

變電站全站失壓是電力系統(tǒng)中性質(zhì)較為嚴(yán)重的一種事故。所謂全站失壓，是指在電力系統(tǒng)中因故障而導(dǎo)致變電站各電壓等級母線電壓（不包括站用電）為零。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，全站失壓不僅會帶來大面積停電，更會影響到整個(gè)電網(wǎng)潮流與穩(wěn)定，甚至影響到整個(gè)區(qū)域經(jīng)濟(jì)正常有序的運(yùn)行。國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者及技術(shù)專家對全站失壓問題也已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究［1-3］。

近年來南方電網(wǎng)公司在各地區(qū)開展了電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估工作，對電網(wǎng)供電可靠性提出了更高要求，對電網(wǎng)事故考核更加嚴(yán)格。對各中小地區(qū)電網(wǎng)來說，在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)尚未完善的情況下，如何避免全站失壓事故的發(fā)生，提高電網(wǎng)供電可靠性，是一個(gè)值得思考和探索的問題［4］。

對某110 kV變電站全站失壓事故進(jìn)行客觀敘述，結(jié)合故障錄波裝置的波形圖與電力系統(tǒng)暫態(tài)邊界理論，判斷出故障類型及保護(hù)動(dòng)作順序，提出解決方案。引入電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估模型，評估此次事件對電網(wǎng)造成的影響，并用總費(fèi)用法估算此次事件帶來的經(jīng)濟(jì)損失和社會損失。

1 變電站全站失壓事件經(jīng)過

2015-01-21T21∶58∶42，某110 kV變電站10 kV開關(guān)室發(fā)生一聲巨響，隨即1號主變10 kV側(cè)低后備復(fù)合電壓Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作（整定值為1.25 s），接著低后備復(fù)合電壓Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作（整定值為1.5 s），低后備復(fù)合電壓Ⅲ段保護(hù)動(dòng)作（整定值為1.5 s），011斷路器跳開。1號主變110 kV側(cè)111斷路器由于不滿足高壓側(cè)復(fù)合電壓保護(hù)啟動(dòng)條件沒有動(dòng)作。由于為永久性故障，短路電流繼續(xù)存在，且故障范圍擴(kuò)大至主變差動(dòng)范圍內(nèi)，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。由于該變電站只有1臺主變壓器，失去唯一電源點(diǎn)，全站失壓。值班員在第一時(shí)間趕到10 kV開關(guān)室，發(fā)現(xiàn)011主變進(jìn)線間隔的斷路器小車柜爆炸，馬上匯報(bào)調(diào)度及相關(guān)部門。約2 h后，35 kV側(cè)301、303、305、307間隔實(shí)現(xiàn)復(fù)電。故障停電涉及的301XXⅠ線、303XXⅡ線、305XXⅢ線，所帶負(fù)荷大多數(shù)為居民及商業(yè)負(fù)荷，307XXⅣ線所帶負(fù)荷為貴州省重點(diǎn)工程項(xiàng)目的某高速3個(gè)施工標(biāo)段的施工負(fù)荷。經(jīng)調(diào)度估算，停電大約損失負(fù)荷350 kW。10kV側(cè)由于011斷路器小車發(fā)生爆炸，至1月23日12時(shí)，10 kV側(cè)才由003間隔XX線倒送10 kVⅠ組母線，實(shí)現(xiàn)復(fù)電。10 kV停電時(shí)間約38 h，損失負(fù)荷600 kW左右。

2 全站失壓事件分析

2.1 電力系統(tǒng)暫態(tài)邊界理論

由電力系統(tǒng)暫態(tài)邊界理論可知，當(dāng)單相短路接地時(shí)，其邊界條件為［5］

用對稱分量表示為：

式中：Ua1、Ua2、Ua0為U的正序、負(fù)序和零序分量；a為運(yùn)算子；Ia1、Ia2、Ia0為I的正序、負(fù)序和零序分量。

同理可得，兩相（b、c相）短路邊界條件為

兩相（b、c相）接地短路邊界條件為

2.2 全站失壓事件分析

圖1為事故現(xiàn)場圖，通過現(xiàn)場故障錄波裝置得知，10 kV側(cè)011小車斷路器A相的電流一直在“0”附近震蕩，處于正常運(yùn)行期間，B相和C相的電流一開始均在“0”附近震蕩，但在24 ms附近B、C兩相同時(shí)產(chǎn)生故障電流，在24 ms到100 ms，B相電流Ib與C相電流Ic的向量和一直等于0，結(jié)合電力系統(tǒng)暫態(tài)邊界理論，判定B、C兩相發(fā)生了相間短路故障。由于10 kV側(cè)011小車斷路器處發(fā)生的故障在10 kV TA范圍外，1號主變差動(dòng)保護(hù)一開始沒有動(dòng)作。短時(shí)間后，故障范圍擴(kuò)大至主變差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，主變?nèi)齻?cè)開關(guān)111、311、011跳開，失去唯一電源點(diǎn)，造成全站失壓。

圖1 事故現(xiàn)場

3 電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)及損失

3.1 電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評估

110 kV某變電站經(jīng)110 kV單線與主網(wǎng)連接，單一主變轉(zhuǎn)供負(fù)荷，在正常方式下，本身存在單線送出風(fēng)險(xiǎn)。正常運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)中任一元件（如線路、發(fā)電機(jī)、變壓器等）無故障或因故障斷開，電力系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電，其他元件不過負(fù)荷，電壓和頻率均在允許范圍內(nèi)。若單一元件故障跳閘，可能對全站造成較大影響，由于站內(nèi)沒有裝設(shè)備自投裝置，發(fā)生事故跳閘時(shí)，存在全站失壓風(fēng)險(xiǎn)，對地區(qū)供電，社會穩(wěn)定造成嚴(yán)重影響。

此次事件由變電站1號主變10 kV側(cè)011斷路器小車的避雷器發(fā)生相間短路引發(fā)，造成110 kV變電站全站失壓，根據(jù)《中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故事件調(diào)查規(guī)程》［6］達(dá)到電力安全四級事件風(fēng)險(xiǎn)。

對于單線供電的區(qū)域小網(wǎng)，需提前做好單線熱穩(wěn)、單主變過載控制方案、供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑規(guī)劃及設(shè)備日常維護(hù)等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

3.2.1 總擁有費(fèi)用簡介

總擁有費(fèi)用（TOC）法是建筑電氣設(shè)計(jì)時(shí)分析和評價(jià)電力設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的方法。TOC法常用于配變初始投資與配變經(jīng)濟(jì)使用年限內(nèi)的電能損耗費(fèi)用，根據(jù)不同型號、不同容量的配電變壓器TOC值的計(jì)算結(jié)果，按綜合支出費(fèi)用最低來選擇最優(yōu)的配電變壓器容量和型號。借鑒TOC法的基本思路將此次事故進(jìn)行分析。用總費(fèi)用法來評估此次事件，應(yīng)從設(shè)備損失、電量損失和社會損失3個(gè)方面來考慮。設(shè)備損失主要包括人員維護(hù)成本和設(shè)備更新升級；電量損失主要考慮電價(jià)和售電量；而社會損失主要考慮由于停電帶來的社會影響，包括停電對工業(yè)、商業(yè)和居民用戶的負(fù)荷損失及電網(wǎng)公司的社會責(zé)任等。

3.2.2 TOC法分析

由于35 kV側(cè)的停電大約損失負(fù)荷3 000 kW。停電時(shí)間為2 h。10 kV側(cè)停電時(shí)間約38 h，損失負(fù)荷600 kW左右。按照貴州省發(fā)改委規(guī)定的居民用電電價(jià)0.455 6元／kWh、商業(yè)用電電價(jià)0.908 0元／kWh、工業(yè)用電電價(jià)0.639 0元／kWh計(jì)算，按照35 kV側(cè)工業(yè)用電、商業(yè)用電、居民用電7∶2∶1的比例，10 kV側(cè)商業(yè)用電、居民用電1∶1的比例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，計(jì)算結(jié)果如表1和表2所示。

表1 35kV側(cè)事件經(jīng)濟(jì)性分析

表2 10kV側(cè)事件經(jīng)濟(jì)性分析

綜上，將35 kV損失的收益和10 kV損失的收益求和，得4 046.76+15 545.04=19 591.80元。這僅僅是本次事件的直接經(jīng)濟(jì)損失，如果按照1∶10的比例估算社會損失，本次事件的社會損失約為20萬元。再加上設(shè)備損壞按4萬元記及施工費(fèi)用按1萬元記，總費(fèi)用損失TOC值約為27萬元。

3.3 事故原因分析

此次避雷器相間短路造成的停電事件，主要為：該變電站為單線單變的主接線結(jié)構(gòu)，電源形式過于單一，一旦主變進(jìn)線間隔出現(xiàn)故障，必然導(dǎo)致全站高壓部分失電；從電網(wǎng)調(diào)度層面分析，調(diào)度中心應(yīng)盡可能做好應(yīng)急預(yù)案，一旦發(fā)生類似的事件，提前做好供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移、路徑規(guī)劃等預(yù)案；變電站值班員在運(yùn)行過程中，應(yīng)加強(qiáng)巡視，做好巡視記錄，降低小動(dòng)物，特別是山區(qū)的老鼠進(jìn)入開關(guān)柜的可能性。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)山區(qū)變電站時(shí)，應(yīng)考慮天氣因素的影響，盡可能降低潮氣對變電站運(yùn)行設(shè)備造成的影響。

4 結(jié)語

對110 kV某變電站全站失壓事件進(jìn)行全面梳理，針對此次事件暴露出的問題，提出幾點(diǎn)建議：在資金充裕的情況下加快電網(wǎng)建設(shè)，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；對于單線供電的區(qū)域小網(wǎng)，需提前做好單線熱穩(wěn)、單主變過載控制方案、供電負(fù)荷轉(zhuǎn)移路徑規(guī)劃；在變電站驗(yàn)收及巡視過程中，注意封堵，以盡可能降低在變電站運(yùn)行過程中有小動(dòng)物進(jìn)出開關(guān)柜；針對山區(qū)變電站潮氣較重的情況，設(shè)備試驗(yàn)及運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮天氣影響，在設(shè)備選型時(shí)應(yīng)更加慎重；加強(qiáng)設(shè)備巡視，針對山區(qū)變電站，應(yīng)特別注意驅(qū)鼠器是否正確投入，加熱器和抽濕機(jī)是否正常運(yùn)行等。

［1］羅齊亮，汪建偉.一種防止地區(qū)電網(wǎng)110 kV變電站失壓的零序保護(hù)整定方［J］.電力設(shè)備，2005，6（4）：71-72.

［2］郭耀珠，石光.一起由于直流保險(xiǎn)熔斷引起的多座變電站失壓事故分析［J］.華中電力，2007，20（4）：62-64.

［3］李波，文婷.斷路器拒動(dòng)引起110 kV變電站失壓的事故原因分析［J］.廣東電力，2012，25（5）：103-106.

［4］伍紅文，梁錦洪，劉榮洲，等.防止雙側(cè)電源單回鏈110 kV變電站失壓的技術(shù)改造［J］.廣西電力，2012，35（2）：29-33.

［5］李光畸.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析［M］．北京：中國電力出版社，2007.

［6］Q／CSG 210020—2014中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力事故事件調(diào)查規(guī)程［S］.

［7］宋云亭，張東霞，梁才浩，等.南方電網(wǎng)“十一五”城市供電可靠性規(guī)劃［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2009，33（8）：48-52.

Mechanism Analysis for the Substation Total Voltage Losing

GAN Lingxiao1，SHAN Xiang1，ZHU Lingzi2，LIN Gang1，ZHU Jianyu1
（1.Guizhou Power Grid Corporation Guiyang Power Supply Bureau，Guiyang 550000，China；2.Guizhou Power Dispatching and Communication Center，Guiyang 550000，China）

The process of one 110 kV substation voltage losing is expounded，and according with the oscillogram of the fault recorder and the power system transient boundary theory，the fault type and the sequence of protection operation are judged out.The reason of voltage losing is analyzed and solution is proposed.In addition，the risk comprehensive evaluation model of the grid is brought in to evaluate the influence on grid，and the socioeconomic loss is estimated with the total cost method（TOC）.

substation total voltage losing；fault type；risk of the grid；economic loss

TM772

B

1007－9904（2016）11－0044－03

2016-05-28

甘凌霄（1987），男，工程師，從事電力系統(tǒng)規(guī)劃與節(jié)能減排工作；

單翔（1989），男，從事電力系統(tǒng)檢修與運(yùn)行工作；

朱靈子（1987），女，工程師，從事為電力系統(tǒng)調(diào)度與穩(wěn)定工作；

林剛（1975），男，技師，從事電力系統(tǒng)檢修與運(yùn)行工作；

朱劍宇（1971），男，高級技師，從事電力系統(tǒng)檢修與運(yùn)行工作。