一起典型一體化電源缺陷引起的故障分析

(國網(wǎng)福建省漳州供電公司，福建 漳州 363000)

1 引言

一體化電源系統(tǒng)是指由直流電源系統(tǒng)、交流電源系統(tǒng)、UPS逆變電源系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)組合而成的智能供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)承擔(dān)著為站內(nèi)各個(gè)設(shè)備供電的重要任務(wù)，發(fā)生任何問題都可能影響到其他運(yùn)行設(shè)備，嚴(yán)重者甚至影響到一次設(shè)備能否正常分合，保護(hù)能否正確動(dòng)作等。隨著電力需求的快速增長，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也愈發(fā)的重要。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，能否正確地、快速地、有選擇地、可靠地切除故障，故障信息能否準(zhǔn)確地、及時(shí)地上送調(diào)度系統(tǒng)等，都是評(píng)估電網(wǎng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。因此，如何保證站內(nèi)一體化電源系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)突發(fā)事件如何進(jìn)行有針對(duì)性的防范值得探討。本文結(jié)合現(xiàn)場的一起典型一體化電源系統(tǒng)故障事件，對(duì)該系統(tǒng)缺陷引起的故障進(jìn)行全面分析，并進(jìn)一步針對(duì)運(yùn)行中該系統(tǒng)的不足提出改進(jìn)建議。

2 運(yùn)行方式及事件經(jīng)過

2.1 110kV竹林變當(dāng)日運(yùn)行方式

漳州110kV竹林變110kV側(cè)為擴(kuò)大內(nèi)橋接線，由220kV總山變通過110kV總林線向站內(nèi)供電，再經(jīng)過110kV竹南線向110kV南坑變供電。在該運(yùn)行方式下，全站為單電源供電。

110kV竹林變10kV側(cè)為單母分段接線，10kVⅠ段母線由#1主變供電，10kVⅡ、Ⅲ段母線由#2主變供電，#1站用變接于10kVⅠ段母線，#2站用變接于10kVⅢ段母線，10kVⅠ、Ⅱ段母線分列運(yùn)行。

圖1 一次主接線圖

2.2 事件經(jīng)過

2017年1月14日14時(shí)50分，110kV總林線181對(duì)側(cè)開關(guān)因線路故障跳閘，由于110kV竹林變?yōu)閱坞娫垂╇?，?dǎo)致該站全站交流失壓，同時(shí)，調(diào)度四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)生通訊中斷。14時(shí)59分，調(diào)度值班臺(tái)對(duì)110kV總林線進(jìn)行遙控合閘操作后，全站交流電壓恢復(fù)，調(diào)度四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊中斷復(fù)歸。通訊恢復(fù)后，監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)站內(nèi)有“#1、#2直流充電機(jī)交流進(jìn)線失電”等異常信號(hào)。

運(yùn)維人員進(jìn)站檢查發(fā)現(xiàn)，后臺(tái)監(jiān)控機(jī)已斷電關(guān)機(jī)，直流總控裝置報(bào)“1—40號(hào)電池電壓低(0V)”異常信號(hào)。站用電屏Ⅰ上的“直流充電屏交流進(jìn)線一空開”，站用電屏Ⅱ上的“直流充電屏交流進(jìn)線二空開”，直流充電屏內(nèi)的“#1交流進(jìn)線空開”“、#2交流進(jìn)線空開”、“#2充電機(jī)交流空開”、“#5充電機(jī)交流空開”已全部跳開，試送空開仍會(huì)再次跳閘。運(yùn)維人員在斷開直流充電屏上的全部充電機(jī)空開后，先試送直流充電屏以及站用電屏的空開均成功，再試送直流充電屏的充電機(jī)空開也成功，至此，110kV竹林變一體化電源恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 故障現(xiàn)象分析

3.1 現(xiàn)象一

調(diào)度四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)在全站交流失壓的情況下，出現(xiàn)通訊中斷的情況。

分析：現(xiàn)場調(diào)度四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)是由UPS電源供電，當(dāng)110kV總林線故障跳閘時(shí)，UPS應(yīng)正常供電，不應(yīng)導(dǎo)致調(diào)度四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊中斷。

圖2 一體化電源系統(tǒng)接線圖

圖3 直流總控裝置報(bào)電池電壓低(0V)”

3.2 現(xiàn)象二

運(yùn)行人員進(jìn)站檢查發(fā)現(xiàn)，直流總控裝置報(bào)“1—40號(hào)電池電壓低(0V)”異常信號(hào)。

分析：此時(shí)站內(nèi)由直流系統(tǒng)供電的裝置均正常運(yùn)行，全站直流系統(tǒng)應(yīng)處于正常運(yùn)行狀態(tài)，直流總控裝置不應(yīng)報(bào)電池電壓低異常信號(hào)。

3.3 現(xiàn)象三

檢查發(fā)現(xiàn)，全站交流電壓恢復(fù)的同時(shí)，充電機(jī)交流進(jìn)線多級(jí)空開跳開。

分析：正常交流電壓恢復(fù)，站內(nèi)交流系統(tǒng)的空開不應(yīng)出現(xiàn)多級(jí)跳開現(xiàn)象。

4 缺陷排查及處理

4.1 調(diào)度四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊中斷排查

由于四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊中斷在全站交流失壓復(fù)歸后立即恢復(fù)，同時(shí)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)后臺(tái)監(jiān)控機(jī)也已斷電關(guān)機(jī)。因此可認(rèn)為站內(nèi)UPS系統(tǒng)無法正常工作，導(dǎo)致包括四級(jí)數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機(jī)在內(nèi)的設(shè)備失去不間斷電源。

針對(duì)站內(nèi)UPS系統(tǒng)可能存在問題的幾種因素，進(jìn)行了全面的排查分析：

4.1.1 因素一

由UPS裝置供電的設(shè)備，其交流電源錯(cuò)接至交流屏，UPS裝置未能對(duì)其進(jìn)行正常供電。

針對(duì)該可能因素，檢修人員對(duì)各個(gè)由UPS裝置供電的設(shè)備，檢查了其電纜走向的正確性，以及電纜芯數(shù)、二次線顏色等是否與UPS逆變電源屏內(nèi)一致。檢查結(jié)果為現(xiàn)場電纜走向和接線均正確，排除了該因素的可能。

4.1.2 因素二

UPS裝置未能通過蓄電池組正常直流輸入供電，而是只采用市電供電方式工作。

檢修人員現(xiàn)場檢查UPS裝置運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)其面板上的信號(hào)燈顯示為“逆變”，無告警信號(hào)。通過斷開UPS裝置的交流輸入電源測試(斷電前已告知調(diào)度監(jiān)控班，并且現(xiàn)場已將涉及的設(shè)備關(guān)機(jī))，發(fā)現(xiàn)UPS裝置交流輸出全部斷電。至此，可確認(rèn)該UPS裝置的逆變功能出現(xiàn)問題，裝置始終在使用市電供電，直流輸入供電回路已失去作用。

圖4 UPS裝置接線方式

缺陷處理：

檢修人員拆下UPS裝置，發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部積灰嚴(yán)重，拆開該裝置檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，UPS裝置內(nèi)部如圖5所示，電容器已損毀。至此，可以確認(rèn)該UPS裝置內(nèi)部元件損壞，導(dǎo)致了直流輸入回路無法正常工作。

工作人員啟用旁路檢修功能，暫用交流市電代替UPS裝置對(duì)各設(shè)備供電，同時(shí)將該損壞UPS裝置進(jìn)行更換。更換完畢后，分別對(duì)新裝置進(jìn)行了交、直流輸入的功能測試，均合格。至此，該故障已處理完成。

4.2 直流總控裝置報(bào)多節(jié)電池單體電壓低報(bào)警排查

當(dāng)全站交流失壓，此時(shí)站內(nèi)的直流系統(tǒng)改由蓄電池供電，檢查現(xiàn)場由直流系統(tǒng)供電的設(shè)備，發(fā)現(xiàn)均正常工作，由此初步判斷站內(nèi)蓄電池處于正常工作狀態(tài)。而運(yùn)行人員檢查站內(nèi)的直流總控裝置，發(fā)現(xiàn)該裝置報(bào)出“1—40號(hào)電池電壓低(0V)”異常信號(hào)。

圖5 UPS裝置內(nèi)部損壞的電容器

針對(duì)該現(xiàn)象，檢修人員對(duì)以下幾種可能的因素進(jìn)行了排查分析：

4.2.1 因素一

部分蓄電池電壓過低：

針對(duì)蓄電池性能不佳的問題，檢修人員做了相應(yīng)的模擬試驗(yàn)，現(xiàn)場斷開蓄電池組的交流充電電壓，模擬全站交流失電情況。讓蓄電池組在不充電的情況下運(yùn)行30分鐘后，用萬用表檢查蓄電池組的輸出電壓，檢查結(jié)果合格，總電壓保持在219V，對(duì)單個(gè)蓄電池進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)蓄電池的單體電壓均在2.15V左右，同時(shí)直流總控裝置內(nèi)蓄電池電壓數(shù)據(jù)均正常。由此可以判定，站內(nèi)蓄電池組性能正常，排除該因素的可能性。

4.2.2 因素二

直流總控裝置誤報(bào)信號(hào)：

檢修人員針對(duì)該直流總控裝置，模擬了全站失壓并恢復(fù)的過程，對(duì)其進(jìn)行斷電后重啟，發(fā)現(xiàn)該裝置重啟后報(bào)出“1—40號(hào)電池電壓低(0V)”，現(xiàn)象與當(dāng)時(shí)全站交流失壓時(shí)一致。其后，檢修人員通過聯(lián)系廠家得知，當(dāng)該型號(hào)直流總控裝置死機(jī)重啟，或者裝置復(fù)位過程中，裝置將暫時(shí)無法接收到蓄電池電壓數(shù)據(jù)，可能會(huì)出現(xiàn)多節(jié)蓄電池單體電壓低報(bào)警。至此，可確認(rèn)該電壓低報(bào)警信號(hào)為直流總控裝置在重啟或復(fù)位時(shí)報(bào)出。

缺陷處理：

檢修人員收集該型號(hào)裝置的信息，并對(duì)運(yùn)維人員和地調(diào)監(jiān)控班做相應(yīng)的交底，告知該裝置重啟時(shí)報(bào)出的異常告警屬于正?，F(xiàn)象。

4.3 充電機(jī)交流進(jìn)線多級(jí)空開跳開排查

當(dāng)全站交流失壓復(fù)歸時(shí)，充電機(jī)交流進(jìn)線多級(jí)空開立即跳開。運(yùn)維人員初次試送空開仍會(huì)再次跳閘，但改變?cè)囁涂臻_的順序后，又可成功合上空開。針對(duì)該現(xiàn)象，檢修人員主要排查了以下幾種可能因素：

4.3.1 因素一

試送空開順序的不同，可能導(dǎo)致出現(xiàn)不同的短時(shí)大電流：

針對(duì)該可能因素，檢修人員進(jìn)行了相關(guān)的測試，再次斷開全部交流充電空開，以及各個(gè)充電機(jī)交流空開，嘗試各種試送空開的順序。發(fā)現(xiàn)無論用何種方式試送空開，都能夠正常送電，不存在因試送空開順序的不同而發(fā)生跳閘的情況。故排除該因素的可能性。

4.3.2 因素二

上下級(jí)間，空開的跳閘電流級(jí)配不正確：

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，交流屏Ⅰ，交流屏Ⅱ上的“直流充電屏交流進(jìn)線空開”跳閘電流為50A，而直流充電屏內(nèi)的“交流進(jìn)線空開”跳閘電流為63A，兩者間的配合出現(xiàn)錯(cuò)誤，上級(jí)空開的跳閘電流小于下級(jí)空開。因此，上下級(jí)的空開級(jí)配錯(cuò)誤是導(dǎo)致多級(jí)空開跳開的因素之一。

4.3.3 因素三

變電站一次送電的瞬間，站內(nèi)交流系統(tǒng)出現(xiàn)諧波和畸變，由電能質(zhì)量異常引起空開的跳閘：

當(dāng)一次系統(tǒng)的電能質(zhì)量發(fā)生異常，如單相電壓偏低，或者容性電流過大等，都可能導(dǎo)致充電電流異常而跳閘。根據(jù)本次變電站一次設(shè)備運(yùn)行方式，結(jié)合其他站已出現(xiàn)過的類似情況。110kV總林線故障跳閘，之后成功合閘，導(dǎo)致了交流系統(tǒng)短時(shí)的過電流，同時(shí)由于因素二提到的空開級(jí)配問題，最終造成多級(jí)空開跳閘的故障。因此，送電瞬間的短時(shí)過電流為導(dǎo)致空開跳開的可能因素之一。

缺陷處理：

檢修人員將交流屏Ⅰ，交流屏Ⅱ上的“直流充電屏交流進(jìn)線空開”更換成跳閘電流為65A的空開，優(yōu)化了上下級(jí)空開之間的級(jí)配關(guān)系。同時(shí)，也針對(duì)其他類似的單電源供電方式的變電站一體化電源進(jìn)行逐一排查，做好隱患的預(yù)防和缺陷的處理。

5 結(jié)語

通過本次一體化電源缺陷引起的事故，對(duì)一體化電源的驗(yàn)收和日常維護(hù)提出以下建議：(1)基建驗(yàn)收方面，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)一體化電源系統(tǒng)的蓄電池的充放電試驗(yàn)，確認(rèn)交直流系統(tǒng)空開級(jí)配的正確性，并重點(diǎn)對(duì)UPS系統(tǒng)的回路進(jìn)行把關(guān)。(2)日常維護(hù)及巡視時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)一體化電源系統(tǒng)的監(jiān)視，檢查各裝置是否正常運(yùn)行，無死機(jī)現(xiàn)象，并重視蓄電池組帶載充放電等試驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)第一時(shí)間上報(bào)，以便及時(shí)消除隱患。

綜上所述，強(qiáng)化對(duì)一體化電源的巡視，保證該系統(tǒng)缺陷能被提前發(fā)現(xiàn)、及時(shí)消除，這對(duì)降低變電站一體化電源體統(tǒng)的故障率、提高站內(nèi)交直流系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定具有重要意義。