500 kV變電站站用電系統(tǒng)故障原因分析及應(yīng)對(duì)措施

王祥東，謝旭琛，宋 瑩

(廣東電網(wǎng)責(zé)任有限公司惠州供電局，廣東 惠州 516000)

0 引 言

變電站站用電系統(tǒng)作為變電站的重要基礎(chǔ)輔助設(shè)施，是變電站設(shè)備可靠工作的根本。變電站站用電系統(tǒng)是否正常運(yùn)作，關(guān)系到變電站甚至整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1]。

變電站站用電系統(tǒng)由站用變、380 V低壓配電屏、交流供電網(wǎng)絡(luò)和二次交流用電設(shè)備組成。二次交流用電設(shè)備一般包括刀閘電機(jī)電源、開(kāi)關(guān)儲(chǔ)能電源、變壓器冷卻系統(tǒng)電源、照明電源、箱體加熱器電源以及變電站人員生活用電等，涉及到變電站設(shè)備運(yùn)行的各個(gè)方面[2-3]。站用電一旦失壓，斷路器將失去分合閘能源，導(dǎo)致設(shè)備故障和停電，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致變電站全站全停，不僅損失負(fù)荷，也給電網(wǎng)運(yùn)行帶來(lái)了極大風(fēng)險(xiǎn)。因此，保證站用電系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行至關(guān)重要。

1 站用電系統(tǒng)故障原因分析

1.1 典型站用電系統(tǒng)電接線方式

500 kV變電站一般配置3臺(tái)站用變：2臺(tái)為35 kV等級(jí)站用變(#1、#2站用變)，分別接入站內(nèi)35 kV母線，作為常用站用電源；1臺(tái)(#0站用變)接至站外10 kV電源，處于空載運(yùn)行狀態(tài)，作為備用站用變，以保證供電可靠。正常情況下，#1、#2站用變各配置一條380 V母線運(yùn)行，且兩條380 V母線不能互聯(lián)。當(dāng)#1、#2站用變中任意一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，由#0站用變所配置的母線運(yùn)行。站用變變低配有ATS裝置，如果工作電源失壓，可切換至備用電源，實(shí)現(xiàn)380 V母線電源的自動(dòng)切換。

站用變壓器的高壓側(cè)、低壓側(cè)一般均配備簡(jiǎn)單的過(guò)電流保護(hù)和零序電流保護(hù)。發(fā)生故障時(shí)，它可以斷開(kāi)開(kāi)關(guān)，消除故障。典型的500 kV變電站站用電系統(tǒng)接線簡(jiǎn)圖，如圖1所示。

1.2 常見(jiàn)站用電系統(tǒng)故障原因分析

500 kV變電站配有3臺(tái)站用變。站用變、保護(hù)、ATS、斷路器在運(yùn)行過(guò)程中可能出現(xiàn)故障，或站用變上級(jí)電源發(fā)生故障，均會(huì)導(dǎo)致380 V母線失壓，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致站用電全停。以下將分析一些常見(jiàn)故障。

(1)主變失壓或35 kV母線故障失壓

變電站主變失壓、35 kV母線故障失壓、站外10 kV線路故障失壓，均會(huì)造成站用變失壓，最終導(dǎo)致站用電系統(tǒng)部分失壓或全部失壓。

(2)站用變壓器本體或保護(hù)故障導(dǎo)致設(shè)備跳閘

站用變壓器一般放置于站用變室，如果站用變室密封不嚴(yán)，進(jìn)入的老鼠、壁虎等小動(dòng)物可能導(dǎo)致設(shè)備短路跳閘。事實(shí)上，變電站因小動(dòng)物導(dǎo)致設(shè)備跳閘的事件時(shí)有發(fā)生。此外，站用變內(nèi)部絕緣老化、套管破損放電、高壓引線故障和站用變保護(hù)誤動(dòng)等，均可能導(dǎo)致站用變跳閘。

(3)站用變變低380 V母線或主電纜故障

一般380 V配電柜內(nèi)部元件布置緊湊，帶電設(shè)備間距較小，容易引起短路故障。站用變低壓側(cè)380 V母線短路、380 V主電纜出現(xiàn)松動(dòng)或斷股、電纜外絕緣破損和電纜溝內(nèi)有積水等，均可能導(dǎo)致站用電失壓。

(4)站用電負(fù)荷回路發(fā)生故障，回路空開(kāi)不能正確跳閘，導(dǎo)致站用變保護(hù)越級(jí)跳閘

站用電負(fù)荷回路有多級(jí)空開(kāi)，當(dāng)回路發(fā)生短路或接地故障時(shí)，離故障點(diǎn)最近一級(jí)的空開(kāi)應(yīng)跳閘切除故障。發(fā)生故障時(shí)，各級(jí)空開(kāi)未能正確跳開(kāi)或因動(dòng)作電流級(jí)差匹配不合理，將導(dǎo)致站用變保護(hù)動(dòng)作越級(jí)跳閘，造成380 V母線失壓。

(5)站用變變低開(kāi)關(guān)ATS備自投策略采用雙向自投方式

部分變電站站用變變低ATS備自投策略采用雙向自投，即#1、#2站用變可作為#0站用變的備用電源。因此，如果#0站用變失壓，可能擴(kuò)大事故范圍。例如，某500 kV變電站因采用雙向自投策略，發(fā)生了一起站用交流電源全失事件[4]。

圖1 站用電系統(tǒng)接線圖

(6)站用變變低ATS不能正確切換或變低開(kāi)關(guān)故障導(dǎo)致不能合閘

站用變變低母線失壓，ATS需根據(jù)動(dòng)作邏輯規(guī)范動(dòng)作，而站用變變低開(kāi)關(guān)應(yīng)正確快速分合。如果ATS或變低開(kāi)關(guān)誤動(dòng)或拒動(dòng)，都可能造成母線失壓。

某500 kV變電站將#2站用變由運(yùn)行轉(zhuǎn)為檢修，因#0站用變變低420開(kāi)關(guān)欠壓脫扣器線圈被電壓擊穿燒斷，導(dǎo)致欠壓脫扣器銜鐵無(wú)法吸合，420開(kāi)關(guān)不能合閘，造成了380 V 2M失壓事件。

2 應(yīng)對(duì)措施及建議

變電站站用電失壓影響變電站的安全運(yùn)行，進(jìn)而導(dǎo)致一、二次設(shè)備故障，造成主設(shè)備停電，損失負(fù)荷。針對(duì)站用電的故障，提出以下應(yīng)對(duì)措施。

(1)優(yōu)化站用電負(fù)荷回路各空開(kāi)的級(jí)差配合

設(shè)計(jì)階段，應(yīng)明確站用電負(fù)荷回路各級(jí)空開(kāi)的動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間，實(shí)現(xiàn)站用變保護(hù)、變低開(kāi)關(guān)及各級(jí)空開(kāi)的級(jí)差配合，避免出現(xiàn)下級(jí)空開(kāi)動(dòng)作電流大于上級(jí)空開(kāi)的情況。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，距離最近的空開(kāi)應(yīng)快速運(yùn)作，防止故障范圍擴(kuò)大。

(2)站用變變低開(kāi)關(guān)ATS備自投策略采用單向自投方式

嚴(yán)禁站用變變低開(kāi)關(guān)ATS備自投策略采用雙向自投方式，只能設(shè)置#0站用變作為備用電源的單向自投方式。當(dāng)#0站用變失壓時(shí)，備自投不作出反應(yīng)。

(3)關(guān)注ATS備自投裝置的時(shí)間匹配，定期試驗(yàn)ATS備自投裝置功能，及時(shí)處理缺陷

一般站用變變低380 V母線與主控樓配電室380 V母線均設(shè)有ATS裝置。站用變變低380 V母線ATS裝置運(yùn)作過(guò)程中，主控樓配電室380 V母線ATS裝置不應(yīng)運(yùn)作，避免主控樓配電室380 V母線ATS裝置反復(fù)切換

《廣東電網(wǎng)公司35 kV及以上變電站運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施細(xì)則》中規(guī)定[5]：“站用系統(tǒng)備用電源自投裝置：每半年試驗(yàn)一次，應(yīng)使用作業(yè)表單進(jìn)行試驗(yàn)。”因此，需定期試驗(yàn)ATS備自投裝置，檢查各設(shè)備運(yùn)作情況，及時(shí)處理缺陷。試驗(yàn)時(shí)，要做好設(shè)備故障預(yù)防措施。

(4)變電站配置應(yīng)急發(fā)電車(chē)或應(yīng)急發(fā)電機(jī)

變電站需配置應(yīng)急發(fā)電車(chē)或應(yīng)急發(fā)電機(jī)。當(dāng)站用變失壓時(shí)，快速投入應(yīng)急電源。運(yùn)行人員應(yīng)定期維護(hù)發(fā)電車(chē)或發(fā)電機(jī)，保證應(yīng)急設(shè)備處于正常狀態(tài)。

(5)安裝大功率蓄電池

變電站可配置大功率直流蓄電池。當(dāng)站用變發(fā)生故障時(shí)，通過(guò)逆變裝置，由蓄電池對(duì)380 V母線進(jìn)行供電。站用變恢復(fù)正常時(shí)，切換為站用變供電。

(6)采用雙回路備用10 kV線路

采用兩條10 kV線路互為備用，且分別取自不同的變電站，提高#0站用變的供電可靠性。如果一條10 kV線路失壓，可以切換至備用10 kV回路。

3 站用電系統(tǒng)運(yùn)行的注意事項(xiàng)

站用電的負(fù)荷分配、用電設(shè)備接入應(yīng)注意以下事項(xiàng)

(1)因?yàn)?0站用變?yōu)橥鈦?lái)電源，與#1、#2站用變的電壓相角差別大，所以#0站用變和#1、#2站用變不得并列運(yùn)行。

(2)站用變變低A、B、C三相負(fù)荷應(yīng)均勻分配，避免三相負(fù)荷出現(xiàn)較大差別。

(3)工作中需要接入電源時(shí)，應(yīng)從場(chǎng)地檢修電源箱引接，嚴(yán)禁擅自從動(dòng)力電源箱、匯控柜、機(jī)構(gòu)箱等位置引接電源。

(4)接電源時(shí)應(yīng)關(guān)注用電設(shè)備的功率，選擇容量相匹配的回路。

(5)加強(qiáng)對(duì)站用電系統(tǒng)的巡視，發(fā)現(xiàn)故障、異常時(shí)應(yīng)及時(shí)處理。當(dāng)380 V回路工作時(shí)，應(yīng)做好防短路措施。

4 結(jié) 論

變電站站用交流電源系統(tǒng)是變電站安全運(yùn)行的前提。站用交流電源系統(tǒng)故障會(huì)對(duì)變電站和電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成極大威脅。因此，本文結(jié)合500 kV站用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析站用電系統(tǒng)常見(jiàn)故障及故障的形成原因，提出針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施，并分析站用電系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的注意事項(xiàng)，以提高站用電系統(tǒng)的可靠性，保障站用交流電源系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。