110 k V 內(nèi)橋接線變電站進(jìn)線單相斷線 調(diào)度解決措施

賀明輝

（國網(wǎng)湖南省電力有限公司婁底供電分公司，湖南 婁底 417000）

0 引言

在電網(wǎng)不斷發(fā)展進(jìn)程中，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在不斷完善，同時110 kV 內(nèi)橋接線變電站在電網(wǎng)系統(tǒng)中也逐漸得到廣泛使用。由于內(nèi)橋接線式變電站與傳統(tǒng)的分段單母線連接變電站之間存在一定差別，因此，必須嚴(yán)格做好運(yùn)行調(diào)度過程的管理工作，細(xì)化操作，同時采用和內(nèi)橋連線形式相對應(yīng)的有效處理對策，否則極可能會引起二次誤操作等問題，對電網(wǎng)體系的穩(wěn)定運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。此外，當(dāng)故障發(fā)生后，利用有關(guān)的指示類儀表難以準(zhǔn)確判定出故障 種類，所以還應(yīng)結(jié)合理論研究發(fā)現(xiàn)其故障特征，以利于在電網(wǎng)實際運(yùn)行和調(diào)度過程中制定故障處理策略提供參考[1-3]。

1 某內(nèi)橋接線變電站進(jìn)線單相斷線故障概述

某地區(qū)110 kV 某變電站中，裝配有兩臺110 kV/ 50 MVA 型號主變壓器，在其110 kV 側(cè)選擇內(nèi)橋接線方式，在發(fā)生事故時的運(yùn)行形式是互投線路，101分段斷路器處于閉合狀態(tài)，110 kV XX1 線的T 接 線帶整個變電站的負(fù)荷，而110 kV XX2 線T 接線156 為熱備用，301 與501 分段斷路器熱備用。主要為該地區(qū)居民和企業(yè)單位供電。

2016 年11 月16 日21 時40 分，該變電站110 kV XX1 線斷路器141 處出現(xiàn)W相瞬時接地事故，該線路110 kV 側(cè)的零序I 段動作保護(hù)14 ms，在62 ms故障切除，跳開斷路器141，在2068 ms 后閘重合，動作保護(hù)成功重閉合；該變電站的1、2 號110 kV主變間隙發(fā)生零序過流動作保護(hù)211 ms，故障被切除。

故障發(fā)生后，110 kV 變電站XX2 線T 接線156斷路器自行合閘成功投運(yùn)，帶動2 號主變空負(fù)荷運(yùn)行。緊接著，調(diào)度發(fā)出指令以2 號主變來帶動全變電站的負(fù)荷，并恢復(fù)電力供應(yīng)，通過110 kV XX1線T 接線斷路器155 對1 號主變充電，此后，在主變中性點的隔離開關(guān)投切過程中，出現(xiàn)拉弧狀況后即刻閉合隔離開關(guān)，主變壓器發(fā)生異響，在對問題認(rèn)真分析后，查出110 kV XX1 線T 接線155 斷路器出現(xiàn)W 相斷線，然后立刻拉開155 斷路器，對線路進(jìn)行搶修。產(chǎn)生單相斷線后，因變電站后臺機(jī)線路連接圖中110 kV 僅有母線電壓連接，缺少線路連接的詳細(xì)參數(shù)，本次單相斷線事故出現(xiàn)在瞬時接地事故之后，同時事故線路只帶動主變空負(fù)荷運(yùn)行，事故特征類似于TV 一次保險發(fā)生熔斷，該狀況都給故障類型的及時準(zhǔn)確判斷造成困難，若無法及時解決斷線問題，則斷線相勵磁電抗與對地電容將出現(xiàn)諧振進(jìn)而造成周期過電壓，甚至將引起進(jìn)線避雷器爆炸等事故，所以，及時找出并迅速隔離單相斷線，對于避免引發(fā)更大事故具有重要意義[4-5]。

2 單相斷線事故分析

在出現(xiàn)瞬時接地事故后，單相斷線事故隨之產(chǎn)生，同時斷線事故線路僅帶動空負(fù)荷主變運(yùn)行，情況比較特殊，因此，為了對110 kV 體系單相斷線事故提供有效的判斷根據(jù)，以下將針對該110 kV變電站斷線事故，分析事故的普遍特性。

在 110 kV 變站的主供電路線出現(xiàn)斷線事故后，經(jīng)常會發(fā)出低壓側(cè)的母線電壓TV 計量電壓消失信號及高壓側(cè)的備自投設(shè)備警告等，并且電容器組保護(hù)開關(guān)發(fā)生低壓保護(hù)跳閘。

220 kV 電源側(cè)變電站 110 kV 側(cè)線路帶動110 kV 變站系統(tǒng)運(yùn)行，220 kV 站內(nèi)主變110 kV 側(cè)的中性點與地直接相連，為便于研究，結(jié)合110 kV/ 10 kV 雙繞組Y/Δ-11 變壓器實例，對主供電路線在W 相發(fā)生斷線故障時110 kV 站內(nèi)的低、高壓側(cè)電流、電壓變化情況進(jìn)行分析。

2.1 高壓側(cè)的電壓改變情況

220 kV 變電站內(nèi)110 kV 側(cè)的中性點為直接接地，因110 kV 出線側(cè)斷線單相在總體對地電容中占比較小，所以220 kV 變電站110 kV 電壓可維持基本無變化，此處用EU 、EV、EW 表示，圖1 為110 kV 雙繞組Y/Δ-11 變壓器的電壓分布。

圖1 110 kV 雙繞組Y/Δ-11 變壓器的電壓分布 Fig. 1 Voltage distribution of 110 kV double winding Y/Δ-11 transformer

斷線相邊界條件：ΔUV=0，ΔUU=0 和ΔIW=0。

因110 kV 站內(nèi)110 kV 側(cè)主變的中性點未接地，所以零序回路未連通。

根據(jù)對稱分量算法計算出斷線相高壓側(cè)的電壓向量如圖2 所示。

圖2 斷線單相高壓側(cè)的電壓向量 Fig. 2 Voltage vector of single-phase high voltage side of disconnection

由上圖可知，單相斷線后，斷線相電壓值約為穩(wěn)定運(yùn)行時電壓值的1/2，方向相反，電壓值降低了，而并不是單相斷線后相電壓不變。并且，和斷線單相存在關(guān)聯(lián)的線路電壓也降低至穩(wěn)定時電壓的一半，其他正常相電壓值保持不變[6]。

2.2 高壓側(cè)的中性點電壓

出現(xiàn)單相斷線故障后，110 kV 主變高壓側(cè)的中性點處位移電壓滿足：

根據(jù)以上公式可知，在110 kV 變電站線路產(chǎn)生單相斷開時，變電站主變高壓側(cè)的中性點位置將出現(xiàn)位移電壓，電壓值約為相電壓的 1/2（即30 kV）。案例中的110 kV 變電站在主變間隙過壓零序定電壓值是150 V，即相當(dāng)于相電壓值的1.5倍。所以，單相斷開后主變高壓側(cè)的中性點將出現(xiàn)0.5 倍的相電壓位移電壓，無法啟動間隙保護(hù)動作進(jìn)行故障排除[7]。

2.3 高壓側(cè)斷線相線路的電流改變情況

根據(jù)W 相線路斷開后的序網(wǎng)綜合圖示可知：

根據(jù)對稱分量算法進(jìn)行計算可得：在斷線發(fā)生后，斷線單相的電流值為零，未斷線相的電流基本無變化，負(fù)載可通過未斷線相帶動，此刻系統(tǒng)處在非對稱情況，將引起主變各繞組出現(xiàn)不均勻發(fā)熱而對主變造成損傷，線路不存在零序電流，然而有負(fù)序大電流存在，其值約為正常電流值的0.5 倍，這些負(fù)序大電流將對轉(zhuǎn)動機(jī)組產(chǎn)生損害。

2.4 低壓側(cè)電壓變化規(guī)律

110 kV 變電站雙繞組Y/Δ-11 變壓器高低壓繞組的電壓，主變壓器高壓側(cè)出線W 相斷線時，低壓側(cè)U 相的電壓大小基本不變，而W 相和V 相的電壓減小到正常時的一半。

2.5 低壓側(cè)的線路電流改變情況

根據(jù)Y/Δ-11 變壓器低、高電壓側(cè)繞組的向量相位關(guān)系，并結(jié)合對稱分量算法可知：主變高壓側(cè)的出線W 相線路斷開時，其低壓側(cè)的U 相線路電流和穩(wěn)定運(yùn)行時的電流值相等，而斷線V、W 相的線路電流則降低至正常電流值的1/2。不考慮母線和變壓器各相間傳遞的影響，同時不考慮數(shù)據(jù)收集造成的誤差，其實際電壓的改變值與理論值基本一致[8]。

3 單相斷線事故判斷和需注意的事項

單相斷線事故引起的負(fù)序電流與運(yùn)行不對稱都會給主變與負(fù)載帶來極大損傷，斷線單相線路的對地電容與勵磁電抗在出現(xiàn)諧振后會引起周期過電壓現(xiàn)象，進(jìn)而引起記錄器發(fā)生爆炸或進(jìn)線避雷器被擊穿等事故。所以，如何按照故障之后的特性，準(zhǔn)確及時的判斷單相斷線事故，進(jìn)而盡可能避免損失，對調(diào)度和運(yùn)行人員至關(guān)重要。

3.1 斷線事故判定

110 kV 線路通常都配備距離與距離零序保護(hù)以及過流和零序過流保護(hù)等措施，在出現(xiàn)單相斷線事故后，因不存在零序電流，也不會產(chǎn)生大的非事故相電流，線路動作保護(hù)都不會啟動。110 kV 單相斷線事故會引起110 kV 主變高壓側(cè)的中性點出現(xiàn)0.5 倍的位移電壓，低于主變間隙零序保護(hù)電壓值，所以主變壓器的間隙動作保護(hù)不會發(fā)動。然而斷線相會造成負(fù)序電流、零序及負(fù)序電壓都會引起主變保護(hù)發(fā)出開啟保護(hù)設(shè)施、TV 斷線、開啟高壓側(cè)電壓復(fù)合元器件等警告信號。在低壓側(cè)的母線壓降也將引起電容器組開啟低電壓動作保護(hù)，直流警告，高壓側(cè)的母線壓降超過正常值范疇也將引起告警。

運(yùn)行和調(diào)度人員在觀察到110 kV 變站內(nèi)高壓側(cè)的三個母線線電壓中有1 個基本不變而兩個降低時，應(yīng)區(qū)分是因高壓側(cè)發(fā)生斷線引起還是由于TV一次保險發(fā)生熔斷而造成。為更準(zhǔn)確區(qū)分，站內(nèi)人員應(yīng)對后臺機(jī)詳細(xì)線路圖的各類相電流參數(shù)進(jìn)行認(rèn)真查看，若斷線相的電流是0，且其它兩相電流不是0，那么可判定是因為缺相造成，而不屬于TV斷線。若站內(nèi)的后臺機(jī)沒有詳細(xì)線路圖，那么可依靠故障錄波器對實時的錄波進(jìn)行分析，以判斷是否為單相斷線事故，若沒有配備錄波器，可利用檢測主變低壓側(cè)的電流、電壓變化以判斷其是否為斷線事故。主變高壓側(cè)的出線單相在出現(xiàn)斷線后，低壓側(cè)的電流與電壓改變情況基本一致，斷線鄰近下一相的電流、電壓值保持不變，而前一相電流與電壓值將降低至穩(wěn)定運(yùn)行水平的1/2。上述均可作為單相斷線事故判斷的有效方式。對調(diào)控工作，因能夠看到所有線路運(yùn)行參量，可利用調(diào)出各相的參數(shù)以對斷線事故進(jìn)行判斷[9]。

3.2 應(yīng)引起注意的事項

在斷線事故判定和檢修過程中，應(yīng)注意主變高壓側(cè)的中性點引起的約30 kV 位移電壓（相電壓的0.5 倍），如果該電壓施加于間隙兩側(cè)，那么此刻的運(yùn)行人員若沒有發(fā)現(xiàn)斷線事故而操控中性點的隔離開關(guān)，將引起強(qiáng)大電弧，且主變中性點的隔離開關(guān)通常配備在主變的泄油池端部，一旦出現(xiàn)拉弧，將對運(yùn)行人員撤出帶來極大不利，甚至?xí)齻藛T。所以，在對中性點的隔離開關(guān)進(jìn)行操控前，應(yīng)先判斷其是否存在斷線事故引起的位移電壓，對此，運(yùn)行人員必須要給予高度重視。此外，在110 kV 線路出現(xiàn)單相斷線事故時，其斷線單相勵磁電抗與線路的對地電容產(chǎn)生諧振，進(jìn)而引起周期過電壓，極易引起記錄器與進(jìn)線避雷器的爆炸，因此，運(yùn)行人員應(yīng)盡可能與此種設(shè)備保持足夠距離，以防止產(chǎn)生人員傷亡[10]。

4 結(jié)語

在發(fā)生單相斷線事故時，110 kV 線路以及變電站的保護(hù)設(shè)備不會發(fā)出保護(hù)動作來排除故障，必須對此高度重視。本文結(jié)合110 kV 某變電站出線單相斷線事故，對于變電站高低壓設(shè)備側(cè)的電流、電壓變化情況，提出了斷線事故的判定方式，從而為變電站調(diào)度和運(yùn)行人員準(zhǔn)確判別斷線事故提供了依據(jù)，同時給出運(yùn)行人員在實際操作時應(yīng)注意的有關(guān)事項，以避免引起人員傷亡，保證變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。