一起线路跳闸造成500kV变电站交流系统失压事故的分析

刘建明

（广东电网公司湛江供电局 生产设备管理部，广东 湛江 524000）

为了保障电力系统安全稳定运行，在变电站发生故障时，变电站运行工作人员应该根据故障现象及故障录波数据快速做出正确判断，确定发生了何种故障、故障性质以及故障范围，从而迅速地采取合理措施去隔离故障点，尽可能地保障变电站其他电气设备或输电线路的正常运行，并做好相关安全防护措施而等待专业检修人员解决处理故障.

针对变电站发生的故障及其安全保障措施的分析与研究已有专家学者作了大量的工作.文献［1］阐述了变电站运行中的一般故障以及线路跳闸、主变后备保护动作跳闸、主变主保护动作跳闸故障及其处理方法；文献［2］介绍了华能巢湖电厂一期工程电气主接线方案，分析了可能引起全厂停电的原因及全厂停电时设备安全运行情况，并提出了保障设备安全运行的措施；文献［3］介绍了架空输电线路跳闸故障智能诊断系统及其在广东电网中的应用，通过与变电站故障录波装置、电网雷电定位系统的诊断功能对比，分析了该系统在故障原因识别和定位方面的优越性；文献［4］通过对220kV桂湘线跳闸时故障发生过程及相关资料进行分析，得出了故障产生的原因，并提出了防止此类故障发生的措施及建议；文献［5］对一起220kV高压输电线路雷击跳闸的原因进行了分析，根据现场情况结合雷电定位系统数据计算判定发生雷击跳闸的原因，并根据现场地形及雷害情况，提出了降低线路雷击跳闸率的措施；文献［6］介绍了美加“8·14”大停电事故的发生、发展及恢复过程，分析了事故发生的原因，指出了从美加大停电事故中应吸取的教训，并提出了保证中国电网安全稳定运行应做好的工作.在此，笔者针对500kV港城变电站发生的220kV港椹乙线跳闸事故，及在线路跳闸的同时发生的站用交流电源的失压事故，分析这两起看似没有联系的事故之间的内在联系，找出发生事故的根本原因，可为变电站同类事故的分析提供重要参考.

1 变电站主接线及站用交流系统接线

500kV港城变电站有1台主变压器（2＃主变），500，220，35，10kV 共4个电压等级，其中500kV侧有5条出线，其中包含福港线（至海南）、港茂甲乙线（至茂名）、奥港甲乙线（至奥里油电厂）；220kV侧有5条出线，其中包含港遂甲乙线、港椹甲乙线、港雷线，35kV侧为用于补偿的低压电容、电抗及2＃站用变，10kV为外接站用电源.事故发生前35kV侧仅有2＃站用变在运行状态，电容、电抗在热备用状态.

图1 事故发生前220kV运行方式Figure 1 220kV operation schematic diagram before the accident

图2 站用交流系统接线Figure 2 The wiring schematic diagram of station－used AC system

2 站用交流系统工作方式及保护配置

2.1 站用交流系统运行方式

站用变备自投系统采用深圳泰昂（TIEON）电子的GQH智能站用电源系统，在中央配电室安装1＃（由于1＃站用变本期未上，为了增加380V系统的可靠性，实际上该路交流进线仍由2＃站用变引出）和2＃站用变进线屏.GQH系统由ATS自动切换开关、可编程控制器PLC、显示操作模块TD200、电压监测模块M3PRC、电量监测模块DIRIS AP及通信接口RS485等电气元件构成.

2.2 站用变保护配置

2＃及0＃站用变均采用南瑞继保的RCS－9621C保护装置，其主要保护功能为三段复合电压闭锁过流保护、高压侧正序反时限保护、过负荷报警、两段定时限负序过流保护.高压侧接地保护：三段定时限零序过流保护和零序过压保护；低压侧接地保护：三段定时限零序过流保护、零序反时限保护；低电压保护，非电量保护：重瓦斯保护、轻瓦斯报警、超温跳闸或报警.

其中，低电压保护条件为3个相间电压均小于低电压保护定值且时间超过整定时间，低电压保护经TWJ位置闭锁，装置能自动识别三相PT断线并及时闭锁低电压保护.

2.3 站用变低开关保护配置

站用变低为施耐德MasterpactMT低压空气断路器，型号为MT12N1，该断路器的电流保护模块包含电流3个整定值：瞬时短路脱扣电流、长延时过载脱扣电流、短延时过负荷脱扣电流.

此外，欠压脱扣器完成了该断路器的电压保护功能.若电压下降至额定电压的35%～70%，则脱扣线圈有可能使断路器瞬时断开；若供电电压下降至35%以下，则肯定能使断路器瞬时断开；若脱扣线圈未供电，无论手动或电动，则都不会使断路器合闸.脱扣线圈的供电电压达到额定值的85%才允许断路器合闸［7］.欠电压脱扣器按动作时间分瞬时和延时，其中延时又分为短延（0.2～3.0s）和长延（3～10s）［8］.

MN类断路器（MT12N1型）为欠压瞬时脱扣线圈，为防止短时电压波动引起断路器误动作，可将MN设为延时动作，在MN外部增加一个延时单元即可实现该功能，该延时单元有2种：分档可调（0.5～0.9～1.5～3s）和分档不可调（0.25s）.

3 站用变低跳闸原因分析

3.1 事故概况

2010年某日07∶57分，雷雨天气，220kV港椹乙线发生三相短路故障，线路差动保护动作跳线路开关三相，与此同时，2＃站用变低491，492开关跳闸，造成站用交流系统失电.

量子力学哥本哈根学派的另外一位代表人物海森堡(Werner Heisenberg，1901-1976)也曾指出，东方传统中的哲学思想与量子力学的哲学本质之间，有着某种确定的联系。

3.2 站用变低跳闸原因分析

3.2.1 站用变保护跳闸可能性分析

2＃主变变低电压、电流故障录波如图3，4所示.由图3，4可知：

1）故障发生时刻，2＃主变变低电压在60ms内发生大幅下降，查阅定值单可知低电压保护定值为40V，存在保护动作的可能，但由于港城站2＃站用变保护定值中“低电压保护投入”控制字为0，所以低电压保护不应动作；

2）2＃主变变低电流值发生了小幅波动，但未达到2＃站用变复合电压闭锁过流定值，另外，由定值单可知负序过流及零序过流保护功能未投入；由于低压侧此时无接地故障，则低压侧的零序过流I，II段保护也不应动作.此外，港城站2＃站用变为干式变压器，无瓦斯保护，因此，2＃站用变保护不应动作.

图3 2＃主变变低电压故障录波Figure 3 The graph of 2＃main transformer low－voltage fault recorder

图4 2＃主变变低电流故障录波Figure 4 The graph of 2＃main transformer low－current fault recorder

3.2.2 现场保护动作及设备情况核对

现场检查2＃站用变保护屏，保护未动作，2＃站用变保护范围内无明显故障；此外，若站用变保护动作跳2＃站用变高329开关，则会造成变低的491，492开关欠压脱扣，但实际上2＃站用变高329开关未跳闸，说明2＃站用变保护未动作符合现场实际情况.

3.2.3 站用变低开关脱扣分析

由于站用变低开关跳闸并非站用变保护跳闸造成，则跳闸原因可能为其自身的电流保护或欠压脱扣线圈动作造成.

1）电流保护动作分析.

由于故障发生时交流系统本身无短路故障，交流系统电流主要受交流负荷的影响，交流负荷平时只有60A左右，远小于瞬时短路过流值（2 500A），则瞬时短路过流动作的可能性也极小.由图4可知，站用交流系统的电流波动时间为60ms，小于带延时过载（负荷）保护的短延时（0.1s）和长延时（0.5s），又由于电流值达到定值（短延时750A，长延时500A）的可能性也较小，则这2种电流保护动作的可能性也几乎不存在.

现场检查发现施奈德MT12N1开关过流保护动作的指示灯未亮，进一步证实了上述分析结论的正确性.因此，此次站用变低开关跳闸并非断路器本身电流保护动作造成.

2）欠压脱扣器动作分析.

如图5所示，220kV港椹乙线三相故障造成母线三相电压瞬时的大幅降低.由于变压器电磁效应的关系，造成2＃主变变低电压大幅下降，而2＃主变高压侧由于存在外来电源，电压未发生明显波动.在线路跳闸故障发生时，2＃主变变低电压在60ms内降低到正常值的18%左右，反映到380V系统，则电压瞬时波动值已经达到欠压脱扣器的动作值，从而造成站用变低开关因欠压线圈动作而脱扣 跳闸.

图5 港椹乙线电压及220kV 6M母线电压故障录波Figure 5 The voltage of GangShen b line and 220kV 6Mbusbar fault recorder graph

4 站用交流系统备自投分析

2＃站用变低的491，492开关跳闸，备自投装置未动作，造成站用交流电源的失压，原因为ATS自动切换开关动作的条件为判优先路电源无电，则自投备用电源.ATS自动切换开关的电压采集点如图6所示，由于电压采集点在2＃站用变低的491，492开关之前，当491，492开关跳闸时，仍然可采集到电压值，则ATS自动切换开关不动作.

图6 站用交流系统TV，TA位置Figure 6 The TV and TA position of station－used AC system

1）当在A，B，C点发生短路（接地）故障时，2＃站用变的过流保护可瞬时动作跳2＃站用变高329开关，从而使491，492开关因欠压跟跳，同时ATS自动切换开关动作，投0＃站用变带全站交流负荷.

2）当D点发生短路（接地）故障时，由于2＃站用变过流II，III段保护动作时间（0.6s）及低压侧零序过流I，II段时间（2s）均长于491，492开关本体电流保护的动作时间，所以此时491，492开关电流保护先动作跳闸，虽然故障点仍在，但ATS自动切换开关未动作，不会对设备造成再次冲击.

3）假设ATS的电压采集点设置在491，492开关之后，则当C点发生短路（接地）故障时，跳开491，491开关后，ATS自动切换开关则动作自投0＃站用变，可避免站用交流电源失电.但是若故障点发生在D点，则由于故障点未切除，则可能对设备造成再次的短路冲击，造成设备的损坏.

4）若在交流的下级负荷发生短路（接地）故障，则下级负荷空开应能可靠跳闸，从而避免影响到上级交流系统.

5 结语

此次站用交流系统失电是由于220kV线路三相短路跳闸造成交流电压瞬时降低，从而使站用变低开关欠压脱扣，再加上站用电源备自投装置电压采集点设置导致ATS切换开关未动作.在实际的事故处理中，因可造成站用交流电源失电的原因有多种，应结合设备特点、保护配置以及事故征象进行全面分析，进而判断事故发生的原因，避免因错判事故原因而出现误操作.

为保证在变电站交流系统故障时能及时隔离故障点，同时备自投装置能正确动作，应着重做好以下两方面工作：

1）根据交流负荷情况合理设置站用变低开关短路电流及欠压脱扣值，确保故障时能及时切除故障，同时不扩大故障范围；

2）根据交流系统接线方式合理设置备自投装置电压采集点，确保在故障自动隔离后，能及时自动切换至备用交流电源.

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