對一起由直流故障引起的全站失壓事件的分析

湖南省電力公司 湘潭電業局 李 明

對一起由直流故障引起的全站失壓事件的分析

湖南省電力公司 湘潭電業局 李 明

一、變電站直流負荷供給情況

某110 kV變電站直流系統由4臺充電機和1個蓄電池組（由18節12 V 容量為200 A·h的直流蓄電池組成）組成。每臺直流充電機最大輸出電流為10 A，整個充電機組最大輸出直流電流為40 A。正常情況下，該站直流由直流充電機和蓄電池組同時向直流母線供電。正常運行時由充電機供全站直流負荷，全站直流負荷約為4.3 A。充電機交流失壓或者故障時，改由蓄電池供電。該站10 kV斷路器機構為電磁式機構，合閘電流較大，約為97 A。故該站10 kV斷路器合閘電流必須由直流蓄電池供給。由于該站10 kV斷路器操作頻繁，對蓄電池組沖擊較大，故直流蓄電池組運行情況不佳。

二、事件經過

某日天氣突變，該站先后有多條線路遭雷擊跳閘，站內直流系統故障，站外一條線路斷線，導致縣城及附近鄉鎮大面積停電。該站10 kV線路多次跳閘與重合，最終10 kV線路保護和1#主變低后備保護裝置相繼拒動，造成保護越級由進線側線路距離保護Ⅲ段動作，切除故障，從而導致該站全站交流失壓。

三、調查情況及分析

1. 現場保護動作情況。見表1。

表 1 現場保護動作情況

2. 原因分析。由于13時36分03秒890毫秒（即13：36：03：890）時，312斷路器電流三段跳閘、13時36分05秒954毫秒312斷路器重合、13時36分06秒160毫秒312斷路器再次跳開，綜合自動化主站自13時39分50秒209毫秒起陸續收到保護裝置直流消失及復位信號，保護裝置直流消失及復位信號見表2。

表 2 保護裝置直流消失及復位信號

由表2可以得出，在312斷路器重合到再次跳開之前，該站存在一次全站直流失壓的現象。分析認為，在312斷路器重合閘時，蓄電池組受到大電流沖擊，內部有單個蓄電池已經開路，蓄電池組無法正常工作。312線路斷路器重合于近距離永久故障，造成10 kV母線電壓畸變，站內直流充電機三相輸入故障，充電機無輸出，故該站全站保護裝置短時失電一次。

312斷路器由于重合閘后加速再次跳開之后，切除了近區短路故障點，10 kV母線電壓恢復正常，380 V站用交流電隨即恢復。充電機工作正常，直流輸出恢復。但蓄電池組內部開路，已失去供電作用。

13時49分37秒001毫秒時，304保護裝置電流三段跳閘，由于充電機輸出電流不夠，斷路器未重合。14時04分17秒290毫秒時，314線路保護在變電站外大約30 m的地方斷線，接地短路。由于故障點距離10 kV母線較近，導致母線電壓畸變，造成站內直流充電機三相輸入故障，導致充電機無輸出。由于此時全站直流負荷僅由直流充電機供給，故此時全站再次直流失壓。

314斷路器跳開之后，由于314線路與322線路纏繞在一起，近區短路依然存在，充電機依舊由于站用電畸變無法正常工作，導致全站直流電壓未恢復，造成322線路保護和1#主變低后備保護裝置相繼拒動，而由該站進線對側線路保護距離Ⅲ段動作，切除故障，進而導致該站全站交流失壓。

四、蓄電池解體檢查情況

將該站變蓄電池進行解體后，發現2#、9#蓄電池內部極板間的連片因過熱已經嚴重粉化，其中2#蓄電池有一處連片已經斷開。證明當時蓄電池組確已開路無輸出。其余蓄電池內部極板連片也存在不同程度的粉化現象。

五、故障原因分析

根據以上分析可知，該站全站直流失壓是由于蓄電池開路無輸出，而故障時由于故障點距離10 kV母線較近，導致母線電壓畸變，引起站用380 V交流電源不正常，造成站內直流充電機三相輸入故障，導致充電機無輸出而引起。線路保護和1#主變保護裝置因失去直流相繼拒動，造成保護越級由進線側線路距離保護三段動作切除故障，從而導致該站全站交流失壓。

六、加強蓄電池的維護

一般變電站蓄電池多為密封閥控式鉛酸蓄電池，按照《直流電源系統運行規范》的要求，可從以下幾方面加強閥控蓄電池的運行及維護。

1. 蓄電池室的溫度宜保持在5～30 ℃，應通風良好，照明充足，并應使用防爆燈；凡安裝在臺架上的蓄電池組，應有防震措施。

2. 閥控蓄電池組正常應以浮充電方式運行，浮充電壓值應控制為2.23～2.28V×N（N為蓄電池組中蓄電池的個數），一般宜控制在2.25 V×N（25 ℃時）；均衡充電電壓宜控制為2.30～2.35V×N。此電壓應該是從電池組正負極輸出端子上測定的電壓，而不是直流電源控制屏上的設定電壓。

3. 對運行中的閥控蓄電池組，要監視蓄電池組的端電壓值、浮充電流值。應定期檢查蓄電池室調溫設備、蓄電池室通風、照明及消防設施，應定期對閥控蓄電池組進行外殼清潔工作。

4. 對閥控蓄電池進行合理核對性放電。長期處于限壓限流的浮充電運行方式或只限壓不限流的運行方式，無法判斷蓄電池的現有容量、內部是否失水或干枯。通過核對性放電，可以發現蓄電池容量缺陷。新安裝的閥控蓄電池在驗收時應進行核對性充放電，以后每2～3年應進行1次核對性充放電，運行了6年以后的閥控蓄電池，宜每年進行1次核對性充放電。