對(duì)110 kV變電站負(fù)序電壓動(dòng)作分析

李小力

（東部機(jī)場(chǎng)集團(tuán)南京祿口機(jī)場(chǎng)，江蘇 南京 210006）

0 引 言

某機(jī)場(chǎng)110 kV變電站投用以來(lái)，其上位機(jī)有時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，內(nèi)容為負(fù)序電壓動(dòng)作。此時(shí)，下級(jí)10 kV配電房的值班人員會(huì)打電話過(guò)來(lái)詢問(wèn)110 kV變電站是否有故障。這是因?yàn)槠涔茌牭脑O(shè)備有不正?，F(xiàn)象，懷疑是電源故障引起[1]。正常啟動(dòng)工作的電梯、扶梯以及步道等設(shè)備會(huì)突然停止運(yùn)行，導(dǎo)致旅客失去平衡，跌倒造成傷害。橋載電源正在給飛機(jī)充電，如果此時(shí)飛機(jī)正在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸中，突然斷電，飛機(jī)數(shù)據(jù)會(huì)丟失。如果電梯等設(shè)備和橋載電源突然停止運(yùn)行，則需要到本地進(jìn)行復(fù)位操作后，設(shè)備才能正常啟動(dòng)運(yùn)行，導(dǎo)致120多臺(tái)電梯、扶梯以及步道等設(shè)備和60多架橋載電源受到影響。

1 數(shù)據(jù)梳理

從110 kV變電站的監(jiān)控機(jī)調(diào)取報(bào)警記錄并結(jié)合值班日志分析如下，從2014-04-05開(kāi)始到2018-04-04，共報(bào)警50 600條。其中低電壓報(bào)警44條，欠壓報(bào)警120條，負(fù)序電壓動(dòng)作報(bào)警116條。去除正常的倒閘操作開(kāi)關(guān)和電氣實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的非正常報(bào)警，剩下共196條有效記錄。如果按天來(lái)統(tǒng)計(jì)，這些有效記錄發(fā)生在42天里。其中負(fù)序電壓報(bào)警有25天受到影響。欠壓報(bào)警有29天受到影響。低電壓報(bào)警有4天受到影響。負(fù)序電壓動(dòng)作和欠壓共有12天重合。

為了分析負(fù)序電壓動(dòng)作和供電不正常現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)性，對(duì)記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析如表1所示。

一般來(lái)說(shuō)，負(fù)序電壓報(bào)警和欠壓報(bào)警會(huì)同時(shí)發(fā)生，因?yàn)樗鼈兌际欠从畴妷旱牟▌?dòng)。110 kV變電站監(jiān)控機(jī)中負(fù)序電壓動(dòng)作報(bào)警信號(hào)有效報(bào)警共25次，其中有13次欠壓沒(méi)有報(bào)警，占負(fù)序電壓報(bào)警52%。

2 報(bào)警信號(hào)分析

負(fù)序電壓動(dòng)作報(bào)警和欠壓報(bào)警信號(hào)內(nèi)容、范圍以及側(cè)重點(diǎn)不同[2]。負(fù)序電壓動(dòng)作報(bào)警主要反映三相電壓中相電壓的平衡情況，欠壓報(bào)警信號(hào)主要反映相電壓或者線電壓的高低情況。兩者的信號(hào)采集器安裝的位置不一樣，其中欠壓報(bào)警裝置安裝在二次設(shè)備保護(hù)室的交流屏上。報(bào)警信號(hào)取自400 V接地變出線電壓信號(hào)線上，因?yàn)橛?0 kV系統(tǒng)電網(wǎng)的的電抗效應(yīng)，從信號(hào)的產(chǎn)生到報(bào)警的發(fā)出傳遞速度比較慢[3]。負(fù)序電壓動(dòng)作的取樣信號(hào)取自系統(tǒng)的110 kV的電壓互感器上。如果在110 kV系統(tǒng)三相電壓中，線電壓超過(guò)正負(fù)6%，監(jiān)控機(jī)上的負(fù)序電壓動(dòng)作信號(hào)就會(huì)報(bào)警。而欠電壓報(bào)警信號(hào)是取自接地變400 V信號(hào)的相電壓上。以220 V電壓為基準(zhǔn)電壓，低于220 V的10%即198 V時(shí)，欠電壓信號(hào)就會(huì)報(bào)警。負(fù)序電壓動(dòng)作信號(hào)和欠電壓報(bào)警信號(hào)兩者的閥值不一樣，所以會(huì)出現(xiàn)負(fù)序電壓報(bào)警的同時(shí)沒(méi)有欠壓信號(hào)報(bào)警[4]。

負(fù)序電壓報(bào)警采集點(diǎn)和低電壓信號(hào)采集點(diǎn)安裝位置示意如圖1所示。

圖1 負(fù)序電壓報(bào)警采集點(diǎn)和低電壓信號(hào)采集點(diǎn)安裝位置示意圖

110 kV變電站監(jiān)控機(jī)中有效的欠電壓報(bào)警信號(hào)共29次，其中報(bào)欠電壓報(bào)警信號(hào)的同時(shí)沒(méi)有報(bào)負(fù)序電壓動(dòng)作信號(hào)一共有15次，占欠電壓報(bào)警信號(hào)的52%。這兩個(gè)報(bào)警裝置的取樣信號(hào)位置不在一起，各個(gè)報(bào)警信息功能和范圍不同。二者既有能同時(shí)報(bào)，也會(huì)分別發(fā)出，這符合繼電保護(hù)的選擇性原理。

低電壓報(bào)警信號(hào)的發(fā)出是由于低電壓報(bào)警信號(hào)裝置取樣信號(hào)在110 kV母線的電壓互感器上。當(dāng)?shù)陀诰€路電壓30%時(shí)，低電壓報(bào)警信號(hào)就會(huì)發(fā)出。每次報(bào)低電壓信號(hào)時(shí)，打電話詢問(wèn)供電公司，他們多承認(rèn)是電網(wǎng)的波動(dòng)所引起。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，三相電壓不可能完全一致，所以每次報(bào)低電壓時(shí)都會(huì)伴隨著負(fù)序電壓動(dòng)作報(bào)警。

3 推導(dǎo)動(dòng)作報(bào)警的原因

分析負(fù)序電壓動(dòng)作報(bào)警的原因，暫定為兩大類，一是由機(jī)場(chǎng)電網(wǎng)內(nèi)部原因故障造成，二是由外部電網(wǎng)波動(dòng)造成[5]。

機(jī)場(chǎng)電網(wǎng)內(nèi)部原因故障包括如下兩方面。（1）由匯流排上支持瓷瓶放電、電纜接頭放電以及10 kV母線電弧放電等產(chǎn)生諧波，引發(fā)負(fù)序動(dòng)作。110 kV主站保護(hù)室安裝兩套在線諧波監(jiān)視系統(tǒng)，分別監(jiān)視110 kV電網(wǎng)I段和II段諧波分量。經(jīng)查閱歷史記錄后，最近的諧波記錄是2014年的。2015ü2018年沒(méi)有諧波分量記錄（2014年的諧波記錄應(yīng)該是設(shè)備安裝測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生的記錄）。根據(jù)記錄排除各種電弧放電產(chǎn)生諧波干擾這個(gè)可能。（2）由變頻設(shè)備和LED照明設(shè)備引發(fā)諧波分量所引起的電網(wǎng)波形畸變，從而產(chǎn)生負(fù)序電壓動(dòng)作。經(jīng)分析這種可能性基本可以排除，原因如下：變電站的設(shè)備沒(méi)有監(jiān)控到電源波形的畸變；變頻設(shè)備和LED照明設(shè)備每天都在使用，而引發(fā)電梯等設(shè)備運(yùn)行異常的情況是偶爾發(fā)生的故障，不是每天都在發(fā)生，2017年發(fā)生6次，按天統(tǒng)計(jì)占全年的1.6%。故障不算多；變頻設(shè)備和LED照明設(shè)備引發(fā)的干擾能量小，傳播范圍有限，機(jī)場(chǎng)10 kV電網(wǎng)是個(gè)大系統(tǒng)，單臺(tái)主變有40 000 kV·A的容量，二次電流為2 000 A左右。每次電梯等設(shè)備停運(yùn)故障，110 kV主站都可以監(jiān)控到。監(jiān)控電腦上報(bào)負(fù)序電壓動(dòng)作信號(hào)告警和欠電壓動(dòng)作信號(hào)告警，或者同時(shí)兩個(gè)信號(hào)都上報(bào)。從故障點(diǎn)到110 kV變電站路徑比較遠(yuǎn)，報(bào)警信息在110 kV變電站的監(jiān)控機(jī)上可以接收到。這說(shuō)明故障信號(hào)能量非常大，傳輸距離也比較遠(yuǎn)。變頻設(shè)備和LED照明設(shè)備引發(fā)的干擾能量比較小，傳輸范圍較近，不太可能引起110 kV變電站電網(wǎng)電壓電流的波動(dòng)[6]。

查閱變電站值班記錄、電話記錄和監(jiān)控機(jī)報(bào)警得到表2。

表2 報(bào)警匯總表

變電站技術(shù)人員和供電公司調(diào)度員確認(rèn)，明確7次是電網(wǎng)波動(dòng)，引起6次電梯運(yùn)行受到影響，還有5次沒(méi)有得到供電公司的確認(rèn)。分析其原因?yàn)椋鹤冸娬旧衔粰C(jī)的時(shí)鐘沒(méi)有同步到北京時(shí)間，造成記錄和供電公司有出入；400 V用戶的電氣設(shè)備沒(méi)有瞬間失壓記錄，登記時(shí)間是事后人工補(bǔ)登，也造成時(shí)間的差異。下一步可在110 kV變電站安裝電網(wǎng)波動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，來(lái)監(jiān)控電網(wǎng)供電質(zhì)量。

4 電梯需要復(fù)位的原因

機(jī)場(chǎng)T2的電梯安裝于2014年，國(guó)家對(duì)新安裝的特種設(shè)備啟用了新的規(guī)范。要求新安裝的電梯（扶梯和步道等）都要安裝相序保護(hù)器等保護(hù)裝置。通過(guò)閱覽相序保護(hù)器等保護(hù)裝置的技術(shù)資料，用繼電保護(hù)儀給這些保護(hù)裝置做實(shí)驗(yàn)得出這些保護(hù)裝置有兩個(gè)保護(hù)功能，一個(gè)是保護(hù)相序的正確性，二是缺相保護(hù)。當(dāng)二者之一發(fā)生異常時(shí)，保護(hù)裝置的繼電器就會(huì)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間小于300 ms。由于電網(wǎng)的波動(dòng)，機(jī)場(chǎng)400 V電網(wǎng)系統(tǒng)的分段開(kāi)關(guān)自投時(shí)間都大于1 s。該時(shí)間是根據(jù)系統(tǒng)的分布參數(shù)、線路長(zhǎng)度、線路保護(hù)范圍等由技術(shù)人員計(jì)算得出，再把這個(gè)時(shí)間寫入開(kāi)關(guān)保護(hù)出口的定時(shí)器里[7]。因此在分段開(kāi)關(guān)沒(méi)有先動(dòng)作情況下，相序保護(hù)器等裝置就已經(jīng)動(dòng)作，電梯等設(shè)備停止運(yùn)行[8]。由于電梯等特種設(shè)備沒(méi)有自動(dòng)復(fù)位功能，只能人員到現(xiàn)場(chǎng)去逐個(gè)的人工復(fù)位，設(shè)備才能再次正常運(yùn)行。

5 結(jié) 論

綜上分析認(rèn)為故障是由外部電網(wǎng)波動(dòng)造成的。由于外部電網(wǎng)波動(dòng)造成機(jī)場(chǎng)110 kV系統(tǒng)電網(wǎng)的瞬間失壓引發(fā)機(jī)場(chǎng)10 kV電網(wǎng)系統(tǒng)瞬間失壓，或者造成電網(wǎng)的三相電壓不對(duì)稱性。從而引發(fā)特種設(shè)備保護(hù)裝置動(dòng)作和110 kV變電站其上位機(jī)發(fā)出負(fù)序動(dòng)作報(bào)警或者欠電壓報(bào)警。