110 kV变电站站用系统故障分析及改进措施

王 龙，任思敏

（国网宁夏电力公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100）

110 kV变电站站用系统故障分析及改进措施

王 龙，任思敏

（国网宁夏电力公司吴忠供电公司，宁夏 吴忠 751100）

针对一起110 kV变电站站用系统电源切换主接触器的故障，对其进行原因分析，发现变电站站用系统存在线路老化，切换不可靠，维护工作量大等问题。通过采用双电源自动切换开关装置对现有的站用系统进行改造。结果表明：双电源自动切换开关装置不仅简化了线路，消除了站用系统的安全隐患，而且确保了站用系统安全、可靠运行。

所用系统；接触器；双电源自动切换开关

1 问题提出

2016年8月10 日，某110 kV变电站事故报警：变电站所变失压故障。监控后台显示：1号所变主接触器故障，低压所变电压Ua为0 V、Ubb为0 V、Uc为0 V。此110 kV变电站有2台所变，1号所变接在10 kVⅠ段母线，2号所变接在10 kVⅡ段母线，2台所变低压共同为380 V一段母线供电，低压母线主要向站内照明，生活用电，UPS装置［1-3］，主变压器风冷系统［4-6］，直流系统［7-8］提供电源。

工作人员接到故障报警后到达现场，通过现场测量、诊断，发现变电站所变系统1号所变电压监测继电器［9-10］主接触器损坏，从而造成全站所用系统失压，经过更换新的接触器，成功地排除故障。此次故障为本变电站所变系统的常见故障，此110 kV变电站为1990年建设的老站，所用系统仍然采用电磁式接触器切换系统，由于年代老旧，易出现问题，给运行维护带来不便，加大检修工作量。

2 故障原因分析

此变电站共有2台容量为160 kVA所用变压器，分别接在变电站10 kVⅠ、Ⅱ段母线上，2台所变互为备用，为变电站所用低压母线安全可靠地提供电源。图1为所用系统低压电源切换控制回路图，如图1所示，有2组分别来自2台不同所变的独立工作电源：电源1号和电源2号，两路电源互为备用。图中KMM为交流主接触器，切换电源回路的执行元件；FU为熔断器，系统回路过流保护元件；CK1为转换开关，正常运行时1号电源为工作电源，2号电源为备用电源，即CK1的⑤和⑥端连通、⑨和⑩端连通，当1号工作电源失压时，2号备用电源自动切换供电，从而保证供电可靠性；KX为电压监视继电器，KX1、KX2用于2组电源的切换控制，其下限整定值为173V，KX3用于监视380V母线电压，其下限整定值为173 V。

图1 所用系统低压电源切换控制回路

此次故障发生后，工作人员到现场首先测量所变2条低压进线，测量电压值均正常，然后排查系统回路均无短路和断路现象，最后通过逐一检查系统元件，发现电源切换回路中主接触器KMM1主触点不能吸合，造成1号主供电源不能提供电源，同时2号电源回路切换失败，造成所用低压母线彻底失压。通过此次故障发现此变电站所用系统存在以下问题：

（1）变电站建设时间久远，所用系统元件和线路发生老化，容易发生故障；

（2）所用系统采用电磁式继电器切换系统，接线复杂，需要安装大量继电器，切换不可靠；

（3）维护工作量大，投运之后工作人员必须定期检查系统回路完好。

3 解决方案

目前，35～110 kV无人值守变电站［11-13］中，在有2台及以上主变压器的变电所，宜装设2台容量相同互为备用的所用变压器，2台所用变压器可分别接自主变压器最低电压级不同母线。现有的所变系统存在的问题已不满足变电站所用系统安全、可靠的供电，经过工作人员的考证，最终决定采用双电源自动切换开关［14-17］（ATS：Automatic Transfer Switch）系统提供所用电压。

3.1 ATS系统接线

图2为变电站ATS接线，图2中Ua1、Ub1、Uc1为进线1三相电压，Ua2、Ub2、Uc2为进线2三相电压；Ua3、Ub3、Uc3为低压母线三相电压，Ia、Ib、Ic为母线三相电流。1QF、2QF分别为进线1和进线2开关，装置引入进线电压、电流、开关位置及ATS位置用于运行方式判别。

图2 变电站ATS接线

3.2 ATS系统工作模式

变电站采用的ATS装置有6种工作模式，分别为固定电源1、固定电源2、自动电源1、自动电源2、自动切换、停止供电。

（1）固定电源1模式。该模式在装置中选择“固定电源1”模式，所变低压380 V小母线由1号电源固定提供，如ATS未返回A位信号，报事件“ATS位置返回异常”。同理，固定电源2模式对应由2号电源固定提供。

（2）自动电源1模式。该模式在装置中选择“自动定电源1”模式，1号电源为主供电源，2号电源为备用电源。正常运行状态时，ATS切至A位；当1号电源异常、2号电源正常，则ATS切至B位，若1号电源恢复正常，ATS切回至A位。同理，自动电源2模式也是如此。

（3）自动切换模式。该模式在装置中选择“自动切换”模式，此时1号电源和2号电源互为备用，没有主备之分。当1号电源正常，2号电源正常，则ATS保持原始状态；当1号电源正常，2号电源异常，则ATS切至A位；当2号电源正常，1号电源异常，则ATS切至B位；

4 效果评价

（1）改造前，所用系统应用的是额定电流为240 A的普通电缆，使用年限过长，线路经常发热，绝缘老化严重。改造后，变电站低压采用耐火聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套NH-YJV22-1-4×240电缆，额定电流为310 A，线路均符合动稳定和热稳定校验，不再有老化现象。

（2）改造前，由于所变系统接线复杂，工作人员每月需要定期检查回路完好性，检查时间均需1小时，浪费人力物力。改造后的所变系统采用ATS系统，逻辑简单，接线简化，不需要大量继电器，其控制系统、输入和输出等模块均为集成式插件［18］，结构紧凑，安装方便，更换效率高，无需定期维护，一年可以节省5万元维护费用。

（3）改造前，所用系统由于继电器可靠性差，切换成功率约为70%，切换时需要检修人员到现场配合定期轮换试验。改造后，由于ATS是由2个背靠背的负荷开关组成，内部兼有电气和机械连锁，切换安全可靠，很好的避免两路电源并列［19-20］。为了验证所用系统切换可靠性，安装后1年内对ATS切换120次，成功率为100%。

（4）更换ATS之前，所变系统每个月均出现1～2次故障，每次故障后，工作人员都要仔细对所变系统回路进行排查，检修。自从所变系统更换为ATS后，从2016年8月到2017年8月，该变电站所用系统运行正常，未再出现异常和故障，安全可靠的为变电站提供稳定的电源。

5 结论

（1）通过对依靠低压电磁式继电器切换电压，线路老化的所用系统分析，根据实际运行情况，提出采用ATS装置和更换低压电力电缆方法，很好解决了变电站所变失压故障问题。

（2）ATS装置控制系统不需要大量继电器，接线简化，逻辑简单，不需要定期维护，进一步简化运行人员操作和维护。该装置可以安全可靠地为变电站提供电源，一年内运行良好，未发生任何异常和故障。

（3）ATS装置电压切换可靠，投运期间均为出现拒动、误动等情况，运行良好，动作可靠，完全适应无人值守变电站备用电源自动投入装置的要求，确保电力系统、设备安全运行。

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Analysis and improvement of standby system failure in110 kV substation

WANG Long,REN Simin
(Wuzhong Power Supply Filiale of State Grid Ningkxia Power Company,Wuzhong 751100,China)

Aiming at the failure of standby power switching over the main contactor in 110 kV substation,analyzes the causes and discovers the problems such as the transmission line ageing,the switch unreliable and the maintenance work loads heavy.By the use of duplicate supply automatic throw-over switch devices improves the current standby power system.The results show that duplicate supply automatic throw-over switch devices not only simplify the line,eliminate the hidden safety trouble of the standby power system,but also ensure the safe and reliable operation of the standby power system.

substation standby power system;contactor;duplicate supply automatic throw-over switch

10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.010

2017-03-13

王龙（1988），男，工学硕士，助理工程师，从事变电运维及检修技术工作。

TM 643

B

1672-3643（2017）05-0060-04

有效访问地址：http://dx.doi.org/10.3969/j.issn.1672-3643.2017.05.010