线路压变爆炸导致35kV变电站全站失电事故分析

陈笑梅



线路压变爆炸导致35kV变电站全站失电事故分析

陈笑梅

（国网江苏省电力公司南通供电公司，江苏南通 226006）

针对某线路压变爆炸引起35kV变电站全站失电的电网事故，本文从监控信号、继电保护、辅助信息3个角度进行详细分析，综合探讨了事故发生原因：系统谐振引起压变绝缘降低击穿，线路保护动作切断故障，导致35kV变电站全站失电。最后，本文从优化电网运行方式、强化信号监控和限制、消除谐振3个角度提出了改进措施，以确保电网安全、稳定、可靠运行。

电压互感器；铁磁谐振；全站失电

1 事故概况

35kV C站采用单母线分段接线。正常运行方式下，JZ337开关带35kVⅡ段母线，2号主变及10kVⅡ段母线运行；CH331开关带35kVⅠ段母线，1号主变及10kVⅠ段母线运行；35kV分段370开关热备用，35kV备自投启用。110kV Z站ZG343开关运行，ZG线路充电运行。时值迎峰度夏，考虑到110kV H站负荷较重，C站调整为JZ337线路供35kVⅠ、Ⅱ段母线，35kV分段370开关运行，CH331开关热备用，35kV备自投停用，10kV分段170开关热备用，10kV备自投启用，如图1所示。

2016年8月23日，220kV J站JZ337开关过流Ⅲ段动作跳闸，重合失败。110kV Z站ZG343开关保护动作跳闸，因重合闸按规定停用，ZG343开关未重合。最终，35kV C站35kVⅠ、Ⅱ段母线失电，交、直流全部失电。后经检查发现，35kV ZG线路压变爆炸烧毁，导致35kVⅠ段母线绝缘降低击穿，电源侧线路开关保护动作，切除故障，导致C站全站失电，损失负荷为23MW。

2 事故原因

2.1 监控信号分析

当C站故障发生时，D5000系统告警窗发出遥信变位信号。下面将按时间先后排序，C站、J站、Z站告警信号详见表1、表2和表3。

J站“JZ337开关过流Ⅲ段动作”、“JZ337开关分闸”、“JZ337开关重合闸动作”、“JZ37开关分闸”发信，表明J站JZ337开关过流Ⅲ段保护动作跳闸，重合失败。C站“JZ337线保护动作”发信，进线保护出口压板退出，结合C站有功、无功、电流等遥测数据消失，判定35kV C站全站失电。

图1 C站一次接线图

表1 C站告警信号

表2 J站告警信号

表3 Z站告警信号

C站“35kVⅠ段母线接地”“35kVⅡ段母线接地”、Z站“35kVⅠ段母线接地”发信，初步判定C站失电由接地引起相间短路故障导致，故障点可能在JZ337线路或C站35kVⅠ、Ⅱ段母线和ZG343线路。依据C站“35kV分段备自投装置闭锁”、“烟雾报警”信号，故障点极有可能在C站内部，具体原因需待巡线结果和运维人员现场检查后确定。

2.2 继电保护配备

对D5000监控系统采集的电压、电流进行事故分析。因为C站35kVⅠ、Ⅱ段母线并列运行，所以以35kVⅠ段母线为例，每5min采集一次电压数据。三相电压A、B、C如图2所示。线电压AB和零序电压30如图3所示。

由图可知，35kVⅠ、Ⅱ段母线相电压、线电压小幅上升，波动小，未出现接地相电压下降、其余相电压上升的单相接地特征曲线。零序电压30将压变二次侧接成开口三角形，以衡量三相不平衡电压，正常情况下，零序电压约等于零。从17∶00∶00开始，零序电压大幅攀升，至17∶55∶00时，零序电压达到84.5V。进一步分析，在17∶57∶43时，35kVⅠ段母线三相电压为A=4.8kV，B=29.2kV，C=34.2kV，线电压AB=32.5kV，零序电压30= 87.9V。A相电压下降，B相、C相电压升高，C相电压甚至超过线电压，开口三角有零序输出，系统发生谐振。随后，35kV JZ线Ⅲ段过流保护动作，重合失败，C站全所失电，35kVⅠ、Ⅱ段母线电压降为零。

35kV JZ线电流曲线如图4所示。J站337开关保护整定值见表4。当17∶57∶45时，电流达到最大值903A，J站Ⅲ段过流保护动作，JZ337开关跳闸，重合失败，电流降为零。

表4 J站337开关保护整定值

注：CT变比为600/5。

2.3 辅助信息判定

调度员通过视频监控系统观察，C站35kV开关室内部能见度低。运维人员到达C站后，汇报室内充满浓烟，随后风扇排烟。经检查发现，35kV ZG线线路压变绝缘击穿，35kVⅠ段母线烧毁，35kVⅡ段母线未发现异常。JZ线、ZG线巡线无故障。

综上所述，间歇性单相弧光接地导致ZG线路压变三相饱和，中性点电压偏移，激发谐振过电压。继而压变绝缘击穿，35kVⅠ段母线三相接地产生短路电流，闭锁35kV备自投，最终J站Ⅲ段过流保护动作切除故障，导致C站全站失电。

3 改进措施

3.1 优化电网运行方式

正常方式下，C站采用35（10）kVⅠ、Ⅱ段母线分列运行，35（10）kV备自投启用。一旦一路进线电源、一段母线或者一台主变故障，就仅会影响本段母线所供负荷，而不会导致全站失电的严重后果。然而，迎峰度夏期间，C站单电源供电，35kVⅠ、Ⅱ段母线并列运行，建议35kV分段开关设置保护定值，并与上级电源保护进行配合，减小母线故障停电范围。

3.2 强化信号监控

零序电压30反应电压三相不平衡度，是单相接地、线路断线、系统谐振的重要指示之一[1]。C站失电事故中，30数值从17∶00开始不断上升，最终接近90V。鉴于D5000系统中，遥测表中零序电压30被接入公用测控装置，而遥信表中尚未建立30越限信号，本文建议将遥信表中增加30越限报警信号，并关联事故音响。当电网发生事故时，变电站保护测控装置通过硬接点采集30数值并判断是否越限，同时将30越限报文和30遥测值上传总控装置，最后上传调控中心[2]。

3.3 限制和消除谐振

文献[3]指出随着电网的快速发展，越累越多的电缆线路将取代传统的架空线路。电缆线路固体绝缘属性的击穿积累效应产生内部过电压，激发谐振过电压，对电网安全运行提出新挑战。限制和消除谐振的措施主要有设计新型压变结构、改变电气参数和消耗谐振能量3种方式。

文献[4]提出在110kV电压等级以下系统中，采用新型电容式压变替代传统电磁式压变，去除谐振电路中的电感，消除L-C谐振电路，从而避免系统谐振发生。文献[5]用同步脉冲控制理论使过电压系统与正常系统同步，进一步有效降低控制能量。

改变电气参数从修改电感、电容参数入手，使两者不能匹配，降低谐振的发生概率，例如采用励磁特性较好的电压互感器[3,6]、减少电压互感器个 数[6]、系统中性点加装消弧线圈[3]、增加电容器个 数[6]等。

消耗谐振能量使系统阻尼不断增大，防止谐振产生。常见的消耗谐振方法有：装设消谐装置[6]、电压互感器一次侧中性点经高阻抗接地[6]、电压互感器一侧次中性点串联消谐器[6]等。

4 结论

本文根据D5000监控系统告警信号、保护装置动作情况、视频监控软件图像、运维班现场检查及巡线结果，对一起35kV变电站全站失电事故进行了分析。经分析发现，35kV线路间歇性弧光接地引起线路压变铁磁谐振过电压，导致35kV母线绝缘降低击穿。本文建议从改善电网运行方式和限制、强化信号监控和消除谐振三方面入手，采取相应措施，使电网安全稳定可靠地运行。

[1] 石文江, 李春平, 王睿, 等. 铁磁谐振在调度端的典型特征[J]. 电力系统自动化, 2015(7): 194-197.

[2] 石文江, 赵海涛, 洪一云. 30越限报警信号的可靠来源分析[J]. 东北电力技术, 2014, 35(11): 60-62.

[3] 吴昊. 35kV中性点不接地系统铁磁谐振过电压及其抑制措施研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2012.

[4] 王春萌. 一种解决中性点不接地系统铁磁谐振问题的新技术[J]. 电气技术, 2014, 15(9): 94-96.

[5] 司马文霞, 郑哲人, 杨庆, 等. 用参数不匹配混沌系统的脉冲同步方法抑制铁磁谐振过电压[J]. 电工技术学报, 2012(6): 218-225.

[6] 郝宏亮, 孙忠文, 徐建军, 等. 一起压变柜爆炸导致主变保护动作的事故分析[J]. 电气技术, 2016, 17(2): 133-135.

Fault Analysis of 35kV Substation Power Losing Resulting from the Explosion of Voltage Transformer on the 35kV Line

Chen Xiaomei

(State Grid Jiangsu Nantong Electric Power Supply Co., Ltd, Nantong, Jiangsu 226006)

The paper analyzes the 35kV substation power failure from three aspects which include signal monitor, relay protection and supplementary information. The accident happens when the voltage transformer on the 35kV line explodes. Based the fact, we further make a comprehensive discussion about the cause: system resonance results in the decreased insulation. Meanwhile, the circuit breaker on the line trips after protection to cut the fault which leads to the whole substation power failure. To ensure that the power grid operates safely, stablely and reliably, this paper proposes some suggestions, such as optimizing the power grid operation mode, strengthening the signal monitor and limiting and eliminating the system resonance.

voltage transformer; ferromagnetic resonance; substation power failure

陈笑梅（1989-），女，江苏南通人，硕士研究生，主要从事电网调控工作。