110 kV变电站全站失压分析

高 勇,傅 霖

(衡水供电公司, 河北 衡水 053000)

1 概述

在电力系统中，变电站是输电和配电的集结点，完成电压的升降工作。变电站全站失压，会对地区电网的安全稳定运行带来严重威胁，影响用户的安全可靠用电。某110 kV变电站有主变压器2台，变压器容量为(50+50) MVA，正常运行方式下，由上级变电站157断路器供电，161断路器合位受电，158断路器在合位，162断路器热备用。该变电站为综合自动化变电站，全站配置RCS系列综合自动化装置，其中1号、2号变压器配置RCS978型微机主变压器保护装置；161、162断路器未配置保护装置；110 kV母线配置有RCS9651型备用电源自投装置，实现161和162断路器的线路互投，提高全站供电的可靠性。该站配置故障录波器，其一次接线示意见图1。

图1 某变电站正常方式下一次接线示意

2 故障情况介绍

15时57分，该110 kV变电站全站失压，监控中心运行人员和综合自动化专业的技术人员急赴现场进行详细检查处理。在排除站内一次设备故障的可能性后，迅速恢复全站供电。具体故障情况如下。

a. 室外一次设备：161、101、511、311、512、312在断位，162断路器在合位，所有室外110 kV设备经详细检查未见异常。

b. 保护装置检查： 1、2号主变压器间隙保护动作，110 kV备自投动作，录波器启动录波。检查设备发现：161避雷器U、V相次数由1变为2，162线避雷器V相次数均由1变为2。询问变电站现场保卫人员，当时听到雷声。

c. 上级变电站检查：157、158断路器保护的接地距离Ⅰ段动作，重合成功，故障录波器显示157、158线路V相接地，测距157线2.97 km，距158线2.86 km。

3 故障原因分析

3.1 157、158断路器保护动作分析

故障发生后，保护人员及时赶到现场调取了保护装置的动作报告和录波器的录波报告。并对上级变电站保护动作进行分析，从上级变电站的录波波形上看，157、158线同时发生故障，故障点在同一位置，故障类型都是V相接地。157断路器为接地距离Ⅰ段15 ms出口，重合成功，测距2.86 km。158断路器为接地距离Ⅰ段25 ms出口，重合成功，测距2.97 km。对故障录波波形进行分析，157、158线故障波形示意见图2。

图2 上级变电站157、158线路故障波形

从图2中157、158线故障波形可知，2条线路的故障电流均为V相接地，且两线路故障电流(IB和3I0)、电流相位都相同，故障起始时刻相同，说明两条线路的故障点位于同一位置；另外，158线的故障电流较157线时间上长半个周波(约为0.01 s，与158保护出口比，157出口的时间长10 ms相一致 )，综合变电站避雷器动作次数增多1 次，且有人员听到雷声，可以认为，157、158线的故障为同杆的同一位置遭受雷击所致。

3.2 主变压器保护动作分析

故障变电站1号、2号主变压器保护为高压侧间隙保护动作，1号主变压器高压间隙保护出口跳开511、311、101、161断路器，2号主变压器高压间隙保护动作跳开101、312、512断路器(162断路器热备用)。

分析变电站录波波形认为：在上级变电站157断路器跳闸后，变电站的110 KV母线电压在化肥厂用户大容量同步电机、异步电机反馈电源的作用下是持续衰减的，直至消失，变电站110 kV电压波形见图3。

由图3可知，在1号变压器高压侧间隙保护未动作出口前，161断路器在合位，此反馈电源经161断路器向157线受雷击的故障点(V相)继续提供反馈电流，因上级变电站157断路器跳闸后，变电站的110 kV系统失去中性点，V相故障点的存在导致反馈电源相电压升高，并在1号、2号变压器高压间隙两端产生过电压，导致1号、2号变压器的高压间隙由图4可知，经0.3 s后，1、2号变压器的高压间隙保护动作出口，在0.348 s跳开101、161、312、512、311、511断路器(本站变压器间隙过流和间隙过压为与的关系)。在511、512断路器跳闸后，化肥厂的电机反馈电源与1、2号变压器相隔离，110 kV母线电压完全消失，110 kV备自投启动，经延时1.8 s后合上162断路器，1号变压器恢复带电(此时158断路器跳闸后经1 s延时已重合成功)。

图3 变电站110 kV电压波形

击穿放电形成间隙零序电流，1号、2号变压器及161断路器变电流波形见图4。

图4 变电站1号、2号变、161断路器变电流波形

4 处理措施及效果

从以上分析可知，本次故障中继电保护全部正确动作，符合整定逻辑的动作要求。在本次故障中，某化肥厂大型电机的反馈电源在主变压器110 kV侧产生了过电压，危及了变压器的安全。

4.1 处理措施

a. 加强变压器中性点间隙管理。110 kV变压器中性点正常不接地运行，间隙接地应投入跳闸，以减小过电压对变压器的损伤。

b. 增加主变压器间隙保护联跳存在反馈电源用户断路器的回路。

c. 对具备反馈电源的用户线路加装低频低压解列回路。

4.2 处理效果

采取以上措施后，该110 kV变电站未出现全站失压故障。为避免同类故障再次发生，对本地区具备同样情况的变电站在主变压器保护整定方案上进行优化，采用主变压器间隙保护动作后联跳用户断路器及对用户线路加装低频低压解列保护的措施，快速切断用户电机的反馈电流回路。经过2年多的运行，衡水地区变电站未出现同类故障。

5 建议

a. 较大动力用户接入110 kV变压器运行时，应将动力用户的电机负荷视同为小电源，在保护整定时，变压器的间隙保护不应直接跳开变压器三侧开关，宜首先跳开动力用户的断路器，这样既保证在110 kV线路单相接地时，变压器间隙电流保护误动不会甩掉其它用户负荷，又不影响变压器本身的安全运行。

b. 对于承载反馈电源或潜在反馈电源的变电站，其电源进线已采用线路纵联差动保护，线路故障时，两侧断路器同时跳闸，即使存在反馈电源,也不会与故障点之间形成短路故障，从而防止故障范围扩大。