10kV变电所运行安全要素分析

宛俊

（浙江万里学院继续教育学院，浙江宁波 315000）

10kV变电所运行安全要素分析

宛俊

（浙江万里学院继续教育学院，浙江宁波 315000）

10kV变电所的安全需求主要有三点，分别是人员安全需求、系统运行稳定性的安全需求、设备安全需求.变电所的安全影响因素主要有五点，分别是人的因素、设备的因素、网络的因素、天气的因素、其他因素.通过结合本文工程实例，使用黑箱分析法，对以上安全需求和影响因素进行交叉建模分析，本文认为，10kV变电所的安全要素较为明晰，安全运行可以得到有效的控制.

10kV变电所；运行安全；要素分析

目前，10kV变电所基本实现了无人值守和广泛化分布，通过在居民区、街道沿线等部署分布式10kV变电所，可以让10kV线路得到更大程度的延伸，进一步压缩400V和其他较低电压等级线路的分布面积，使得用户接入环更加简单，最大程度的降低了电阻热对电能的消耗.因为目前10kV变电所的数量已经达到了20年前的十余倍，所以，输变电单位的人力资源无法实现变电所的全部有人值守，所以，走动式变电所管理也在智能化电网的建设过程中逐渐的发展起来.

某无人值守10kV变电所拥有2个10kV进线，2个680V出线，8个400V出线，共有10kV断路器4个，680V断路器6个，400V断路器24个，高压母线隔离开关4个，680V母线隔离开关2个，400V母线隔离开关4个，10kV接地刀闸2个，680V接地刀闸2个，400V接地刀闸8个.以上系统涉及到的开关共有56个.本文试图研究一个近端安全管理系统，可以将以上开关设备进行管理和检修.变电所有10/680/400-2400kVA变压器2台，所用10/400-300kVA变压器1台，10kV互感器6台，680V互感器6台，400V母线没有安装互感器，而是采用了直接测量法.本文使用的感抗性设备15 台.

1 运行安全需求分析

变电站的运行安全主要分为三个部分，分别是人员安全需求、系统运行稳定性的安全需求、设备安全需求.此三个部分的安全需求的优先级是依次递减的.所以，系统应该首先保障接近系统或者进入系统的人员出于绝对安全地位，其次应该保证系统的稳定性得到保障，再次应该保证系统的设备不会在正常运行和常见故障中损坏.假设人员安全需求、系统运行稳定性的安全需求、设备安全性需求的影响系数分别为γ1、γ2、γ3，那么可以得到以下三个变量的黑箱关系.

建立一个数列ζy（γ1，γ2，γ3），该数列标定了每个开关设备对三个安全指标的影响.实际建立矩阵如公式（1）.

同理，建立一个数列ξz（γ1，γ2，γ3），该数列标定了每个感抗性设备对安全指标的影响.实际建立矩阵如公式（2）.

通过以上两个矩阵的累加，可以实现对大部分可能威胁安全的要素进行约束，通过本文方法，将以上两个矩阵的每个元素对整体安全的影响加权累加，形成了本文的安全要素表.权重系数用βy，z表示，整体安全系数用E表示，公式如公式（3）.

其中：ε为除开关设备和感抗性设备外的其他设备带来的影响.

2 运行安全评价模型的建立

2.1 安全影响因素分析

2.1.1 人的操作

人为操作对变电所运行安全的影响是直接的，经过我单位事故台账统计，82%以上的变电站运行事故与人为操作有关系.其中约半数的人为操作事故给当事人及其他职工带来了不同程度的伤害.而人为操作对公式（3）的影响都是存在的.所以，设人为操作的影响矩阵为ηp，那么其对E的影响ηpE可以写作公式（4）.

2.1.2 设备的状态

在对以往事故的统计中发现，约有2成的人为操作过程中遇到的突发事故，全部操作过程是没有出现问题的，但设备本身出现了运行状态问题.此类事故在变电所中存在较大的可能性.出现此种问题的主要原因是在操作时出现了常规安全确认中并没有涉及的设备故障问题，比如设备绝缘击穿、设备绝缘油污染或者泄露、设备油纸击穿、设备真空状态泄露等.而此类状态如果不能被监测系统准确捕捉，就会在操作中遇到问题.假设设备问题的影响矩阵为ηs，那么其对E的影响ηsE可以写作公式（5）.

2.1.3 天气的影响.

同样在我单位台账中统计，约3成的故障是在恶劣天候下发生的，恶劣天候的定义为气温低于零下5℃或高于零上37℃，小时降水量超过50mm，风力超过8级等，另外雷雨天气等强对流天气也属于恶劣天候.这种恶劣天候下，即使没有认为操作，也可能发生设备的损坏和其他衍生事故.天气影响对系统安全的影响可以写做ηw那么其对E的影响ηwE可以写作公式（6）.

2.1.4 电网的影响

电网远端接雷，回路接地，相间短路等症状，都可能造成系统的跳闸故障，严重时可能会损坏设备.而电网骨干线路的损坏和其他问题也可能造成变电站设备跳闸等其他事故.电网受到刚性变压的直接浪涌扩散和无功扩散，可能会造成系统的整体电能质量问题进而造成设备的二次和通讯层面的损坏.电网的影响对系统安全的影响可以写做ηn那么其对E的影响ηnE可以写作公式（7）.

2.1.5 不可抗力和其他影响

不可抗力给系统带来的影响较为复杂，因为各种天灾及战争等影响，变电所的安全可能无法得到有效的保证.同时，也可能出现其他当前技术水平无法解释和预测的问题，也有可能影响变电所的运行安全.电网的影响对系统安全的影响可以写做ηo那么其对E的影响ηoE可以写作公式（8）.

2.2 模糊决策模型建立

本文研究的变电所安全因素E，在写作公式（3）的同时，通过本节分析，可以写作公式（9）.

因为本文假设公式（3）中修正变量与公式（4）～（8）中修正变量之间的关系为公式（10）：

且公式（10）为刚性关系，所以公式（9）中无修正变量.

所以，公式（9）可以设定为本文研究的模糊模型依据.

可以看出，ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE等影响均需要通过不同的控制方案进行控制，通过监测系统获取ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE的实际结果，通过模糊控制法则对整体决策进行控制.在模糊决策中，对ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE任意一个进行实际值和变化量的双重考量，从而确定响应策略的选择.

3 实际运行数据研究

首先，从不同年份发生的不同类型的事故来看，随着变电所安全管理制度的深化，不同类型的事故均有减少.详见表1.

表1 某纸业变电所2011－2014事故统计表

表格具体中故障因素说明如下：

（1）人为因素分析：主要有10KV6KV倒闸操作不当，2次；检修高低母线二次回路控制线路失误4次检修TR22500KVA变压器副边5000A低压断路器故障失误1次，6KV高压补偿柜分合闸投切误操作1次，TR3630KVA变压器副边1200A低压断路器因检修线路失误发生故障跳闸2次.

（2）设备因素分析：主要有10KV真空断路器内部机构引起分合闸失灵故障2次；6KV高压电机熔断器过载发生缺相故障3次，纸机复卷传动发生短路故障引起TR22500KVA变压器副边5000A低压断路器跳闸1次，380V低压母线个别连接线路绝缘老化造成故障2次.

（3）天气因素分析：主要有夏季雷雨引起过电压10KV6KV真空断路器跳闸4次，2013年10月水灾TR12500KVA变压器副边5000A低压断路器跳闸1次.

（4）电网因素分析：主要因为夏季雷雨，台风，水灾等电网远端接雷，回路接地，相间短路造成外部停电事故3次.

（5）其他因素分析：夏季限电，2次，小动物窜入造成TR12500KVA变压器副边5000A低压断路器跳闸1次.

上述各个因素分析故障原因描述，通过合理科学预防和管理可减少故障发生.

4 运行安全机制要素总结

4.1 运行安全的外部影响

天气原因，电网影响，不可抗力及其他原因对对系统的影响属于外部影响.在变电所正常运行是，可能受到此三类（ηwE、ηnE、ηoE）因素的影响，导致事故的发生.所以，针对此三类影响，应该制定如下策略：

4.1.1 加强监测

在十二五期间，一方面完成了大量10kV拉手线路的部署和10kV变电站的建设.另一方面，10kV变电站的远程抄表系统都向着临近的有人值守的220kV变电站和110kV变电站集中.一个城市仅保留3～5个有人值守变电站的部署方式得到了普及.而普及此中人员部署方式的关键方式是监测设备的大量部署.电能质量监测为核心，温度监测、高频噪音监测为补充，主要的变压器安装了对变压器油、震动波形和电弧的变压器全面检测系统，甚至个别变电站部署了完善的母线监测系统.

4.1.2 加强电能质量管理.

在变电所进口位置部署ZnO避雷器可以将浪涌电流有效接地，同时，柔性变压技术让变电所可以作为隔离电能质量问题的主要设施.智能电网模式下，虽然400V母线之间无法实现远程互联，但是10kV母线之间可以实现全面互联，电能传输在10kV网络中形成了与35kV网络相互独立的拓扑，所以，相对闭塞的400V环路与相对开放的10kV回路之间需要通过10kV变电站形成隔离，让上级网络中出现的各种电能质量问题无法进入到400V环路中，以增加400V环路的安全性.

4.1.3 制定恶劣天候运行预案

恶劣天候下一般不进行电网的人工操作和检修，但是电网故障模式下，可能需要在恶劣天候下对电网进行紧急倒闸和抢修.这是造成事故的最大隐患.通过状态检修方法，合理选择检修窗口，确保设备运行在完好状态下.同时，制定应急预案，在恶劣天候下执行更加复杂的安全状态确认路径，同时在恶劣天候下优先采用替换拆修法，尽可能减少人员接触到网络的时间和简化人员接触到网络的环节，将维修工作转入室内.

4.2 运行安全的内部影响

人的影响、设备的影响是运行安全的内部影响，通过前文分析，此两类（ηpE、ηsE）影响可能直接造成事故.所以，针对此两类影响，制定以下策略：

4.2.1 尽快普及自动化操作

上世纪60年代，通过继电器的遥控线引出实现了变电所的集控台，通过电磁仪表的数据线引出形成了模拟屏.这是自动化操作的雏形.上世纪80年代开始，PLC为主的简单自动化开始执行，90年代的五防系统已经实现了完全自主操作.但是，目前虽然系统进入到了SCM多核心联动控制和蚁群控制，同时各种智能化系统已经在系统中完整部署，但给予系统全自主的运行权限仍然需要进一步的演练和论证.

4.2.2 尽快普及状态检修

状态检修已经在十二五期间基本普及，通过全面的监测系统支持，使得系统的检修窗口可以提前确定，系统的突发故障减少.而实际统计中发现，系统的突发故障是造成衍生事故的关键诱因.

4.2.3 研发系统自愈和自检技术

自愈网络是通过冗余线路的全自主倒闸，及时切换有微故障的线路，使得线路得到冷却和自我修正，再次启动线路时，作为瞬时故障的线路故障可能会消失.在自愈网络中，瞬时故障出现的次数也被看做是系统状态的主要标志.

5 结束语

通过本文分析，10kV变电所的主要安全威胁来自五个方面，通过对以上五个方面的逐一建模分析并建立对策，本文认为，10kV变电所的安全要素较为明晰，安全运行可以得到有效的控制.在十三五期间，随着智能电网的建设逐渐深入，电网的完全自主倒闸会大幅度降低变电所的故障和事故几率.

〔1〕高东阳，牛力学.如何做好变电所的安全管理和规范管理工作.［J］.黑龙江科学，2013，11（11）：13-15.

〔2〕黄铁军.浅谈加强变电所安全稳定运行的措施［J］.今日科苑，2010，6（06）：21-23.

〔3〕王超群，柴建设，王庆，等.利用模糊综合评判评价某110kV变电所安全可靠性.［J］.中国安全生产科学技术，2012，12（12）：28-30.

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1673-260X（2015）05-0154-03