35kV變電站越級跳閘事故案例分析

李宇恒

（西山煤電（集團）有限責(zé)任公司發(fā)電分公司 山西省太原市 030053）

1 35kV 的繼電保護器的基本作用

煤礦繼電保護裝置的主要作用是能夠準確的判斷電力系統(tǒng)中各個被保護元器件的運行狀態(tài)（“正常”和“異?！保┩瑫r能夠迅速而準確的指出故障發(fā)生的原因（“外部故障”和“內(nèi)部故障”），故基于以上作用煤礦繼電保護裝置能夠準確實現(xiàn)線路保護的功能。同時，基于故障形成的不同原因，且對應(yīng)反應(yīng)的物理量也不盡相同，所以繼電保護裝置在煤礦供電系統(tǒng)中以不同的保護原理呈現(xiàn)在煤礦供電系統(tǒng)中[1]?，F(xiàn)階段其常見保護形式有過流、后備、差動、距離、過載、重合閘、氣體等形式，同時也可以根據(jù)煤礦系統(tǒng)中故障反映的物理量對供電系統(tǒng)中的故障進行診斷。

現(xiàn)階段煤礦機電中35kV 的繼電保護器必須滿足下列要求[2]：

（1）應(yīng)急靈敏性。當煤礦設(shè)備短路或斷開時，如水浸式粉塵，礦井的機電保護裝置必須在第一時間對故障進行診斷，并根據(jù)相應(yīng)的問題及時處理故障。 也就是說，當問題發(fā)生時，可以切斷設(shè)備故障時的電流，然后控制故障設(shè)備的功耗，減少短路和開路引起的機電系統(tǒng)損壞。 電氣設(shè)備的電流，從而縮小事故范圍，確保事故范圍。在礦井人員安全的前提下，可以最大限度地保證地下電力系統(tǒng)中其他設(shè)備的安全和正常使用。

（2）繼電保護器的可靠與耐用準確性[3]。當煤礦35kV 變電站在日常工作中不能立即消除，并且發(fā)現(xiàn)影響采礦線的正常供電和其他電氣設(shè)備受到影響時，機電線路繼電保護設(shè)備可用于 這條線。問題是要做出可靠和準確的診斷和反饋，并且沒有拒絕或誤操作。它可以保護35kV 變電站免受可靠，耐用和準確的采礦設(shè)備問題的影響。

（3）線路故障的準確選擇處理性[4]。當35kV 變電站發(fā)生故障或影響電力系統(tǒng)的安全時，繼電保護裝置可以準確有效地切斷電源，解決不同的事故問題。從附近的繼電保護設(shè)備逐個移除電源。只有保證煤礦設(shè)備電源以及供電系統(tǒng)的絕對安全時，才能將供電系統(tǒng)中的保護裝置自動停止時，使供電系統(tǒng)中發(fā)生的故障不會讓整個井下電力系統(tǒng)癱瘓，保護電路之外的部分能夠正常工作維持井下安全生產(chǎn)。

（4）設(shè)備對故障的靈敏感應(yīng)性[5]。在煤礦35kV 變電站供電系統(tǒng)電路保護裝置中，要做到整個裝置能夠及時感知電路系統(tǒng)的不正常狀態(tài)同時感知故障的位置，還可以保證敏感電路的靈敏處理，保證故障線路裝置的安全，同時最大限度地減少對故障的控制，設(shè)備到整行影響。靈敏感應(yīng)性是現(xiàn)行煤礦礦井供電系統(tǒng)中繼電保護設(shè)備的最典型及重要的性能指標之一。在現(xiàn)行的煤礦繼電器性能判斷標準，按照靈敏度系數(shù)能夠反映設(shè)備的性能，同時根據(jù)靈敏度的大小可以對設(shè)備進行分級。

圖1：保護裝置型號為RCS-96111C

2 某礦用35kV變電站概述

某礦使用的變電站，為降壓型35kV 變電站，同時主變壓器為2 臺油浸式，變電站的電壓等級分別為10kV 和35kV，經(jīng)過大致估算整個礦用供電系統(tǒng)線路中最大負荷10.8MW。35kV 變電站參數(shù)設(shè)定：現(xiàn)知某礦的所處的地理位置為平原地區(qū)，也即為該變電站的位置，該平原地區(qū)一年中平均溫度為12.7 度，整年最高的氣溫為39.2 度，最熱月的平均溫度為38.5 攝氏度。礦用變電站主要保證井下生產(chǎn)系統(tǒng)用電，變電站的連接方式為單母分段式接線和橋式連接，其中供電線路中的每條35kV 母線供應(yīng)6 條礦用10kV 井下生產(chǎn)設(shè)備線出線，其中每條設(shè)備生產(chǎn)負荷出線最大功率為1000kW，負荷功率因數(shù)cosφ 一般取0.75。同時，當Sj=150MVA 時，供電系統(tǒng)電阻抗為0.04。電源I 的短路容量為：SImax= 180MVA，電源Ⅱ的短路容量為：SIIMax=230MVA，最小短路容量為最大的78%。其中供電線路為：LI=7km，LII=5km，線路阻抗為XL=0.38Ω/km。

3 事故還原

某礦用110kV 南座變電站左北線360 開關(guān)過流部分，動作次級值為12.34A，保護電流互感器比為400/5，動作時間為0.6s，并發(fā)生越級跳閘事故。同時，由360 座左北線供電的35kV 北正變電站的主要設(shè)置高備用和低備用保護裝置啟動，但沒有發(fā)生跳閘故障。故障信息：110kV 南座變電站線路保護裝置型號為RCS-96111CS（圖1），35kV 北正變電站主變壓器高低后備保護裝置型號為RCS.9681CS。其中，35kV 北正正站1 號主變高備用過流I，II，III 段設(shè)定值為1.4A，電流互感器比為600/5，動作時間為1.5s。35kV 北正變電站1 號主變壓器低備用過流I，II，III 段固定值為1.3A，電流互感器比為1000/5，動作時間為過流I 段0.6s，過流段II 0.9s 過流III 段1.2 秒。110kV 南佐變電站362 開關(guān)過流I 段固定值25A，動作時間0.3s，過流II 段固定值8.3A，動作時間0.6s，過流III 段固定值4.6A，動作時間1.8s，電流互感器變化400/5 以上。

4 現(xiàn)象描述

通過對相關(guān)故障的設(shè)備、及先關(guān)線路進行巡視檢查可以知道，35kV 線路362 佐線路并無相關(guān)異常；隨后對35kV 北正變電站10kV 出口線路進行巡視發(fā)現(xiàn)，其中一條10kV 線路出現(xiàn)配電出線溢油現(xiàn)象，導(dǎo)致BC 相降開關(guān)燒斷。根據(jù)配電變壓器的絕緣測試，A 與O 相對絕緣，BC 相對絕緣。然而，ABC 三相相間繞組是斷開和斷開的，低壓繞組絕緣是正常的。 事故造成35kV 北正變電站10kV，1號變壓器C相嚴重損壞。機柜內(nèi)有燒跡，諧波消除裝置燒毀，變壓器手車保險絲安全，絕緣層熔化燒毀、報廢，不能連續(xù)使用。

5 事故發(fā)生原因及研究分析結(jié)論

當變壓器所在的供電系統(tǒng)中出線供電故障或線路中設(shè)備運行狀態(tài)出線異常時，線路中可能的故障原因為線路過流、線路出線中性過壓、線路中中性點不合適接地、線路出線過載、線路中變壓器溫度過高、線路中冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障等原因，所以就必須針對上述故障原因反映出的參數(shù)進行相應(yīng)的計算，找出故障發(fā)生的具體原因，只有找到故障發(fā)生的具體原因，才能準確而又迅速的排除故障，最大限度地保護煤礦供電線路中的用電設(shè)備。在供電系統(tǒng)種設(shè)置保護設(shè)備反映時間值時，線路中的保護裝置必須保證在全部的供電系統(tǒng)能夠運行良好，并以此設(shè)置的參數(shù)作為保護線路的必要條件。下面進行舉例說明，保護設(shè)備的保護作用之一是過流保護，它的主要作用是線路發(fā)生故障時能夠及時切斷問題線路上的電流，但是線路中引發(fā)線路中保護設(shè)備啟用過流保護的故障形態(tài)不盡相同，且各用電設(shè)備處于異常工作狀態(tài)——線路中相間短路、線路出現(xiàn)過載、重合閘等等形式的過流故障發(fā)生時，應(yīng)該在線路中保護設(shè)置的過流保護的范圍內(nèi)，應(yīng)能對線路中的故障及時的做出反應(yīng)。所以，當線路中的保護裝置具備能夠準確限制或排除線路中出線的某種不正常狀態(tài)導(dǎo)致的錯誤反應(yīng)的功能時，之前設(shè)置的保護定值的考慮因素就不必將此線路中各種運行狀態(tài)下的整定條件作為參考因素。

煤礦供電系統(tǒng)中的發(fā)生短路故障時，電力系統(tǒng)中存在的電流，將其稱之為短路電流。而供電系統(tǒng)發(fā)生短路故障的原因是，線路中各相與相出線短接的情況或者相與中性點（通常為大地）短路，造成煤礦發(fā)生短路故障。一般來說線路中短路電流值非常高，其值將遠超過供電系統(tǒng)中各用電設(shè)備及線路的額定電流值，同時其值的大小與故障點與電源的距離有線型關(guān)系。從煤礦中故障反映的報文中可以知道，故障發(fā)生在110kV 南座變電站的35kV360 座北線，進過計算得知35kV 供電站側(cè)線路中的短路電流為1934A，其值遠大于線路中的額定電流。在線路中此短路故障發(fā)生的同時，110kV 南座變電站的35kV360 佐北線保護裝置由360 座左北線供電的35kV北正變電站的主要設(shè)置高備用和低備用保護裝置啟動，但由于110kV 南佐變電站35kV360 佐北線路中保護裝置的過流保護動作時間0.6s，小于35kV 北正變電站1 號主變高、低后備的過流保護動作時間，故35kV 北正變電站1 號主變保護沒能立即切斷故障電流，致使110kV63 南佐變電站的360 保護裝置先啟動，切斷故障電流，才出現(xiàn)此次越級跳閘故障。

基于上述分析[6]，煤礦供電系統(tǒng)中因為保護設(shè)置的保護動作時問設(shè)定不合理才致使線路出線越級跳閘故障的產(chǎn)生。這里以具體的工程中發(fā)生的線路故障進行問題分體，得出供電系統(tǒng)中35kV 的繼電保護器的4 個基本作用：

（1）應(yīng)急靈敏性；

（2）繼電保護器的可靠與耐用準確性；

（3）線路故障的準確選擇處理性；

（4）設(shè)備靈敏感應(yīng)性的重要性，更能體現(xiàn)繼電保護在電力系統(tǒng)中的重要意義。