福建電網(wǎng)三相短路接地故障分析

國網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心 余秀月

引言：2017年04月12日，500kVZW1線3055開關轉(zhuǎn)充電運行操作過程中發(fā)生三相短路接地故障。三相短路接地故障期間，QY電廠#1、#2機組TCS“負序電流越限”報警，#3、#4機組正處于機組檢修狀態(tài)。在15:06:28～15:06:42，QY#2機組功率發(fā)生大幅波動后出現(xiàn)小幅振蕩：電壓跌落之前功率約為314MW，電壓跌落過程功率最大升至360MW、最小降至170MW，而后機組功率發(fā)生小幅振蕩（持續(xù)時間約為12s），振蕩周期1s，幅度約為12MW，最大峰值達24MW。此次三相短路接地故障引起電壓跌落并進一步引起ZZ地區(qū)、MX地區(qū)、QZ地區(qū)等地區(qū)損失負荷，同時在電壓跌落過程中QY電廠#2機組出現(xiàn)功率振蕩。本文主要針對電壓穩(wěn)定以及QY#2機組功率振蕩原因等展開分析。

1.電壓穩(wěn)定及相關機組功率振蕩原因分析

為分析此次電壓跌落過程對電網(wǎng)造成的影響以及電壓跌落過程中QY電廠#2機組功率振蕩原因，現(xiàn)分別針對電壓穩(wěn)定、機組勵磁/PSS系統(tǒng)等開展分析。因電壓大幅跌落易造成機組輔機低壓脫扣事件，因此還對PT地區(qū)、QZ地區(qū)、MX地區(qū)、ZZ地區(qū)電廠的相關機組輔機低壓脫扣情況進行了統(tǒng)計。

1.1 電壓穩(wěn)定分析

1.1.1 基本情況

2017年04月12日，500kVZW1線3055開關轉(zhuǎn)充電運行操作過程中發(fā)生三相短路接地故障，電網(wǎng)繼電保護正確動作，將故障隔離，電網(wǎng)未發(fā)生系統(tǒng)性安全穩(wěn)定事故，電壓迅速恢復到正常運行范圍，符合GB/T 26399-2011《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術導則》和DLT 1172-2013《電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評價導則》對暫態(tài)電壓穩(wěn)定的要求，符合《國家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無功電壓管理規(guī)定》中“500（330）kV及以上母線正常運行方式時最高運行電壓不得超過系統(tǒng)額定電壓的±10%；”和“發(fā)電廠220kV母線和500（330）kV及以上變電站的中壓側(cè)母線正常運行方式時，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%-+10%；事故運行方式時為系統(tǒng)額定電壓的-5%-+10%?！钡囊?guī)定。

1.1.2 ZZ地區(qū)電壓變化情況分析

1）電壓跌落情況

故障前，ZZ地區(qū)ZZ變500kV母線電壓正常運行在528.08kV，DL變500kV母線電壓正常運行在527.31kV，15:06:29 ZZ變500kVZW1線3055開關充電時發(fā)生三相短路接地故障，三相短路發(fā)生后，ZZ變母線電壓在60ms內(nèi)迅速從故障前528.08kV降至65.17kV，DL變母線電壓在80ms內(nèi)迅速從故障前527.31kV降至77.96kV。

2）無功裝置自動投切情況

此時ZZ變電站兩套無功自投切保護裝置動作，0s延遲動作切除1、2、3、4、5號電抗器，同時ZW1線線路保護動作，切除ZW1線。故障消失后，電壓得到了恢復。

3）損失負荷原因分析

在故障過程中，部分用戶側(cè)保護動作跳閘，導致ZZ地區(qū)損失負荷325MW。

4）電壓變化趨勢分析

經(jīng)分析確認，母線從正常運行的530kV左右上升至545kV左右，主要是由5組電抗器切除和損失負荷325MW兩個方面的影響造成。相關變電站母線正序電壓幅值變化趨勢如圖1所示，其中橫坐標表示采樣點數(shù)，采樣間隔分別為0.01s、0.04s。

圖1 ZZ變母線正序電壓幅值變化趨勢

從圖1可見，三相短路故障切除后，系統(tǒng)母線電壓水平出現(xiàn)偏高的情況，其中ZZ變500kV母線電壓從正常運行的528.08kV，恢復后達到最高值545.91kV，220kV母線電壓恢復后達到241.38kV，DL變500kV母線電壓從正常運行的527.31kV，恢復后達到最高值545.90kV，220kV母線電壓恢復后達到240.56kV，雖符合國網(wǎng)公司500kV母線上限550kV和220kV母線上限242kV的考核標準，但已接近上限值。

1.1.3 MX地區(qū)電壓情況分析

1）電壓幅值跌落情況

故障前，MX地區(qū)HC變500kV母線電壓正常運行在526.68kV，MX變500kV母線電壓正常運行在526.57kV，DG變500kV母線電壓正常運行在526.38kV，2017-04-12 15:06:29 ZZ變500kVZW1線3055開關充電時發(fā)生三相短路接地故障，三相短路發(fā)生后，HC變母線電壓在80ms內(nèi)迅速從故障前526.68kV降至255.67kV，MX變母線電壓在80ms內(nèi)迅速從故障前526.68kV降至276.89kV，DG變母線電壓在80ms內(nèi)迅速從故障前526.68kV降至291.34kV。

2）無功裝置自動投切情況

此時變電站無功自投切保護裝置觸發(fā)動作，0s延遲動作切除電抗器，同時ZW1線線路保護動作，切除ZW1線，電壓得到恢復。

3）損失負荷原因分析

在故障過程中，部分用戶側(cè)保護動作跳閘，導致MX地區(qū)損失負荷295MW。

1.2 QY#1、#2機組勵磁/PSS系統(tǒng)動作情況分析

圖2 故障前后QY#1機機端電流、勵磁電壓、PSS輸出變化圖

調(diào)取PMU錄波發(fā)現(xiàn)#1機PT電壓無信號，故未記錄到#1機功率變化過程，只有機端電流、勵磁電壓及PSS輸出，詳見圖2。#1機機端電流只波動3次，因此判斷#1機功率波動也為3次，其波動次數(shù)比較少，屬正常波動。從圖2可見勵磁電壓變送器采樣有問題，正常勵磁電壓值應為120V顯示卻有580V。

圖3 故障前后QY#2機有功、無功、勵磁電壓、勵磁電流變化圖

圖4 2009年QY#2機組（投入PSS，P≈320MW）2%正階躍響應試驗錄波

調(diào)取了#2機組PMU數(shù)據(jù)如圖3所示。如圖3，故障后#2機組功率振蕩次數(shù)達到11次，阻尼比低，而勵磁電壓波動很小，疑似PSS作用未發(fā)揮。從圖中還可看出，短路瞬間勵磁系統(tǒng)發(fā)生強勵，有功功率波動比較明顯，無功功率以及勵磁電流波動不明顯。

故障后QY#2機組功率振蕩持續(xù)11秒，振蕩次數(shù)達11次之多，而QY#2機組最近一次PSS階躍試驗（2009年）的功率響應波形顯示如圖4所示，其振蕩次數(shù)為3次。QY#1機組（與QY#2機組為同類型的勵磁系統(tǒng)）2015年10月進行勵磁建模試驗時負載2%階躍的功率振蕩波形，亦只波動了3次。因此根據(jù)對比分析，此次QY#2機組PSS的作用未發(fā)揮。根據(jù)電廠反饋，在此次三相短路接地故障前后，該廠#2機組PSS投入。綜上所述，此次#2機組PSS屬于投入但未發(fā)揮作用。為了進一步明確PSS系統(tǒng)為何未發(fā)揮作用，需要在#2機組進行負載投/退PSS情況下的2%階躍試驗。

2.機組輔機脫扣情況統(tǒng)計

根據(jù)電廠反饋，PT地區(qū)、QZ地區(qū)電廠相關機組不存在輔機脫扣的情況；MX地區(qū)、ZZ地區(qū)的新店電廠有約4臺輔機脫扣（主要是空調(diào)制冷輔機）、HS電廠有約3臺輔機脫扣（主要是與水處理有關的輔機）。

3.總結(jié)及建議

3.1 總結(jié)

電壓穩(wěn)定分析方面，電網(wǎng)發(fā)生三相短路接地故障，電網(wǎng)繼電保護正確動作，將故障隔離，電網(wǎng)未發(fā)生系統(tǒng)性安全穩(wěn)定事故，電壓恢復到符合國網(wǎng)標準的正常運行范圍。勵磁系統(tǒng)分析方面，由于三相短路接地后QY#2機組功率發(fā)生了功率振蕩，通過調(diào)取PMU錄波數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)4.12短路故障后QY#1、#2機組的功率響應不同，#1機組波動次數(shù)少，只有3次，#2機組振蕩達到11次，初步判斷#2機組PSS響應異常導致兩臺機組功率響應不同，故需在#2機組現(xiàn)場進行負載狀態(tài)勵磁系統(tǒng)階躍試驗，以進一步查明#2機組PSS響應異常的原因。

3.2 建議

在短路故障后，QY#2機組功率發(fā)生振蕩，為進一步查明QY#2機組PSS響應異常原因，提出以下建議：①#2機組在有功315MW、無功103MVar平臺下，開展投退PSS情況下勵磁系統(tǒng)2%階躍試驗，比較勵磁系統(tǒng)響應差異性。②補作#2機組勵磁建模試驗。因最近的#2機組勵磁建模試驗在2009年開展，后機組經(jīng)過大修及軟件升級，勵磁系統(tǒng)性能可能發(fā)生變化，需重新開展勵磁系統(tǒng)建模試驗。為振蕩原因的深入分析提供實測模型數(shù)據(jù)。③需要勵磁設備廠家確認送往PMU裝置的PSV信號是否為STABILIZER SIGNAL（12020）信號，并在現(xiàn)場階躍試驗時驗證。

此外，針對采樣裝置異常問題，建議：①整改PMU中#2機組PT電壓采樣裝置，恢復電壓記錄；②整改#1機組送往PMU的勵磁電壓信號變送器，糾正采樣偏差；③整改PMU裝置中#1、2機組PSS投退狀態(tài)遙信量信號。應采用PSS ACTIVE（12022）信號而不能采用遠方投退信號：因為即使PSS遠方投入，勵磁調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部可能因電壓、功率條件不滿足而閉鎖該信號，故應采用PSS ACTIVE信號。