一起10 kV母線失壓事件的原因分析及處理方案研究

王冰冰 遲淵泓 王超 邵昱

摘 要：備用電源自動投入裝置（以下簡稱“備自投”）是常用于110 kV及以下的中、低壓配電系統(tǒng)中的一種重要安全自動裝置，其動作正確與否對電力系統(tǒng)供電可靠性有很大影響。本文首先對分段備自投動作及閉鎖原理進行分析，然后結(jié)合實例探討一起110 kV變電站失壓事故擴大的原因，提出相關(guān)改進措施，為避免類似情況再次發(fā)生提供了參考意見。

關(guān)鍵詞：備用電源自動投入裝置;母線失壓;閉鎖

中圖分類號：TM774文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0130-03

Cause Analysis and Treatment Scheme Study on

a 10 kV Bus Voltage Loss Event

WANG Bingbing CHI Yuanhong WANG Chao SHAO Yu

（Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Automatic input device for backup power supply （referred to as standby automatic input） is an important safety automatic device commonly used in medium and low voltage distribution systems of 110 kV and below， and its correct action has a great impact on the reliability of power supply . This paper analyzed the principle of segmented self-switching operation and blocking principle， and discussed the reasons for the expansion of a 110 kV substation voltage loss accident with examples， and proposed relevant improvement measures to provide reference opinions to avoid similar situations from recurring.

Keywords： automatic input device for backup power supply;bus voltage failure;latch

備用電源自動投入裝置（以下簡稱“備自投裝置”）是指當線路或用電設(shè)備發(fā)生故障時，能自動、迅速、準確地將備用電源投入用電設(shè)備中或把設(shè)備切換到備用電源上，從而保證用戶連續(xù)供電的一種自動控制裝置，主要用于110 kV及以下的中、低壓配電系統(tǒng)中[1]。為了防止備用電源投到故障設(shè)備上，備自投裝置具有自動閉鎖功能。通常來說，母差保護、失靈保護動作會閉鎖備自投裝置，而主變低后備保護動作是否閉鎖不同地區(qū)設(shè)置不同。本文分析了一起單母線接線的110 kV變電站備自投動作導致事故擴大的原因，并提出了相關(guān)改進方法，為避免類似情況再次發(fā)生提供了參考意見。

1 備自投原理

備自投裝置按照不同的方式可分為不同的種類，例如：按備用方式可分為明備用和暗備用兩種，按接線方式分為進線備投、分段備投、橋備投等幾種類型。

圖1是常規(guī)分段備自投的一次接線圖，正常情況下母線工作在分段狀態(tài)，I母、II母分別通過各自的供電設(shè)備或線路供電，靠分段斷路器取得相互備用。裝置充電條件為：①Ⅰ母、Ⅱ母均有電壓;②1DL開關(guān)、2DL開關(guān)在合位，3DL開關(guān)在分位。

以上條件均滿足，經(jīng)15 s后充電完成。

常規(guī)分段備投裝置放電條件為：①備自投裝置監(jiān)測到3DL開關(guān)在合位;②Ⅰ母和Ⅱ母均無壓;③手動操作分開1DL開關(guān)，2DL開關(guān)，備自投裝置經(jīng)繼電保護裝置節(jié)點KKJ合后位置繼電器自動閉鎖而放電;④有外部閉鎖信號;⑤1DL、2DL、3DL開關(guān)位置信號異常;⑥控制電路異常，彈簧未儲能;⑦備自投定值設(shè)置為該方式不允許自動投入時。

滿足以上任一條件立即放電。

備自投裝置充電完成后，當檢測到Ⅰ母無壓且無流，Ⅱ母的電壓和電流滿足備自投的要求時，備自投裝置啟動，經(jīng)延時動作跳電源1開關(guān)1DL。在確認1DL開關(guān)在分位后，備自投裝置立即合上3DL開關(guān)，Ⅰ母電壓恢復[2]。

為了更好地發(fā)揮作用，防止備用電源投運到故障的設(shè)備上，擴大故障范圍，在實際運行中的備自投裝置應具有自動閉鎖功能。如母差保護、失靈保護、主變高后備保護動作時，保護發(fā)送閉鎖信號至備自投裝置，中止備自投裝置動作;低周動作接入、閉鎖方式壓板投入、手動就地或者遙控操作工作電源開關(guān)時，同樣應閉鎖備自投裝置[3]。

2 事故說明

2.1 故障現(xiàn)象

2017年，某110 kV變電站發(fā)生一起因主進開關(guān)柜內(nèi)部故障，造成變壓器保護及備自投動作，進而引起10 kV Ⅰ段母線失壓的事件。事件造成的直接后果為該站10 kV Ⅰ段母線失壓，開關(guān)柜燒損1面。

該110 kV變電站為雙母線接線方式，其運行方式如圖2所示。從圖2可知，1、2#主變分列運行;111運行于110 kV北母，112運行于110 kV南母，110為熱備用狀態(tài);101運行于10 kV Ⅰ母，1021運行于10 kV Ⅱ母Ⅰ段，120分段備自投為投入狀態(tài)，具備動作條件。

經(jīng)檢查，101開關(guān)柜燒蝕嚴重，其后側(cè)主進母線室CT外絕緣正常，表面有大量燃燒產(chǎn)生的黑色粉塵，開關(guān)柜后側(cè)母線及CT倉室未見放電痕跡（如圖3所示），開關(guān)柜下觸頭盒已燒成粉末（如圖4所示）。

按時間先后順序，該變電站保護動作順序如表1所示。

故障發(fā)生時，1#變低壓側(cè)三相電流幅值同時增大，三相電壓幅值同時減小為0 V，無零序分量，符合三相短路的特征，可初步判斷1#變低壓側(cè)發(fā)生了三相短路故障。

1#變低壓側(cè)二次故障電流約為19.5 A，超過1#變低后備保護定值（4.2 A，2.1 s），1#變低后備保護動作跳開101，10 kV Ⅰ母失壓。

接著120備自投啟動，8 s后動作合上120。120合閘再次對故障點產(chǎn)生了沖擊，二次故障電流約為19.45 A，120過流保護（5.2 A，1.8 s）動作跳開120，10 kV Ⅰ母失壓。

120過流保護動作0.3 s后，故障延至101開關(guān)靠主變側(cè)，二次故障電流為29 A，超過1#變高后備保護定值（6 A，2.7 s），1#變高后備保護動作跳111，10 kV Ⅰ母失壓。

2.2 原因分析

根據(jù)故障錄波可知，保護動作前，B相電壓幅值為0 V，A、C兩相電壓升高，可以確定故障發(fā)生前1#變低壓側(cè)存在B相接地，由此推斷故障原因如下。

101開關(guān)B相上觸臂彈簧常年運行后，彈簧性能下降，引起彈簧彈力減弱或彈簧斷裂，造成B相上觸臂動靜觸頭接觸不良而發(fā)熱，長時間發(fā)熱引起B(yǎng)相上觸頭盒絕緣逐步降低，最終接地放電，引起101開關(guān)B相上觸頭盒燃燒，燃燒粉塵瞬間引起101開關(guān)手車上觸頭三相短路，引起1#主變低后備保護動作。

120分段備自投動作合上120后，再次對102上靜觸頭三相短路點造成了沖擊，是102開關(guān)柜燒損情況加重的一個重要原因。因10 kV Ⅰ母仍存在故障，120過流Ⅰ段保護動作跳開120。由于故障蔓延至101開關(guān)靠主變側(cè)，二次電流超過1#變后備保護定值，由于101已經(jīng)跳開，1#變高后備保護動作跳開111。

3 故障處理方案

3.1 加強10 kV開關(guān)手車動觸頭彈簧檢修

根據(jù)本地區(qū)近年來10 kV開關(guān)柜故障情況，目前10 kV開關(guān)柜停電例試過程中，注重10 kV開關(guān)手車靜觸頭的檢修，忽視了動觸頭彈簧的檢查。在今后10 kV開關(guān)柜小修例試過程中，加強動觸頭及彈簧的檢查，隨例試周期對運行超過8年（重負荷的5年）的10 kV開關(guān)手車動觸頭彈簧進行更換，避免類似故障再次發(fā)生，在此不做詳細分析。

3.2 10 kV分段備自投恢復主變低后備保護動作閉鎖備自投功能

2011年，為提高供電可靠性，該地區(qū)規(guī)定了變壓器低后備保護動作不再閉鎖備自投。但從近幾年的運行情況來看，低壓側(cè)發(fā)生永久性故障且主變低后備保護動作切除故障后，備自投的動作會對故障點造成再次沖擊，導致故障范圍擴大。因此，10 kV分段備自投應恢復主變低后備保護動作閉鎖備自投功能，避免故障點遭受再次沖擊。

3.3 10 kV主進開關(guān)加裝測溫裝置

因10 kV金屬全封閉開關(guān)柜的手車開關(guān)動靜觸頭密封于柜體內(nèi)，無法利用紅外檢測等手段進行有效的觸頭測溫。因此，可對主進手車開關(guān)進行觸臂改造或加裝有效的測溫裝置，設(shè)定溫度報警，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。目前，已對40余臺主進手車開關(guān)觸臂進行了內(nèi)置式測溫改造，取得了良好的效果。

4 結(jié)語

本文結(jié)合某變電站備自投動作導致事故擴大，對備自投條件進行分析，提出相關(guān)改進措施，為避免類似情況再次發(fā)生提供了參考意見。備自投對電力系統(tǒng)供電可靠性影響很大，因此實際應用中應根據(jù)電網(wǎng)的具體情況，確定低后備是否要閉鎖備自投，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]黃長抒，胡云花.備自投裝置接線中的問題及應對措施[J].電力自動化設(shè)備，2009（4）：147-149.

[2]賴振宇.220 kV備自投原理分析及運行注意事項探析[J].應用科技，2011（9）：129-130.

[3]劉漢國.母聯(lián)分段備自投裝置在變電站的應用研究[D].廣州：華南理工大學，2017.