110 kV變電站全站失壓分析

高 勇,傅 霖

(衡水供電公司, 河北 衡水 053000)

1 概述

在電力系統中，變電站是輸電和配電的集結點，完成電壓的升降工作。變電站全站失壓，會對地區電網的安全穩定運行帶來嚴重威脅，影響用戶的安全可靠用電。某110 kV變電站有主變壓器2臺，變壓器容量為(50+50) MVA，正常運行方式下，由上級變電站157斷路器供電，161斷路器合位受電，158斷路器在合位，162斷路器熱備用。該變電站為綜合自動化變電站，全站配置RCS系列綜合自動化裝置，其中1號、2號變壓器配置RCS978型微機主變壓器保護裝置；161、162斷路器未配置保護裝置；110 kV母線配置有RCS9651型備用電源自投裝置，實現161和162斷路器的線路互投，提高全站供電的可靠性。該站配置故障錄波器，其一次接線示意見圖1。

圖1 某變電站正常方式下一次接線示意

2 故障情況介紹

15時57分，該110 kV變電站全站失壓，監控中心運行人員和綜合自動化專業的技術人員急赴現場進行詳細檢查處理。在排除站內一次設備故障的可能性后，迅速恢復全站供電。具體故障情況如下。

a. 室外一次設備：161、101、511、311、512、312在斷位，162斷路器在合位，所有室外110 kV設備經詳細檢查未見異常。

b. 保護裝置檢查： 1、2號主變壓器間隙保護動作，110 kV備自投動作，錄波器啟動錄波。檢查設備發現：161避雷器U、V相次數由1變為2，162線避雷器V相次數均由1變為2。詢問變電站現場保衛人員，當時聽到雷聲。

c. 上級變電站檢查：157、158斷路器保護的接地距離Ⅰ段動作，重合成功，故障錄波器顯示157、158線路V相接地，測距157線2.97 km，距158線2.86 km。

3 故障原因分析

3.1 157、158斷路器保護動作分析

故障發生后，保護人員及時趕到現場調取了保護裝置的動作報告和錄波器的錄波報告。并對上級變電站保護動作進行分析，從上級變電站的錄波波形上看，157、158線同時發生故障，故障點在同一位置，故障類型都是V相接地。157斷路器為接地距離Ⅰ段15 ms出口，重合成功，測距2.86 km。158斷路器為接地距離Ⅰ段25 ms出口，重合成功，測距2.97 km。對故障錄波波形進行分析，157、158線故障波形示意見圖2。

圖2 上級變電站157、158線路故障波形

從圖2中157、158線故障波形可知，2條線路的故障電流均為V相接地，且兩線路故障電流(IB和3I0)、電流相位都相同，故障起始時刻相同，說明兩條線路的故障點位于同一位置；另外，158線的故障電流較157線時間上長半個周波(約為0.01 s，與158保護出口比，157出口的時間長10 ms相一致 )，綜合變電站避雷器動作次數增多1 次，且有人員聽到雷聲，可以認為，157、158線的故障為同桿的同一位置遭受雷擊所致。

3.2 主變壓器保護動作分析

故障變電站1號、2號主變壓器保護為高壓側間隙保護動作，1號主變壓器高壓間隙保護出口跳開511、311、101、161斷路器，2號主變壓器高壓間隙保護動作跳開101、312、512斷路器(162斷路器熱備用)。

分析變電站錄波波形認為：在上級變電站157斷路器跳閘后，變電站的110 KV母線電壓在化肥廠用戶大容量同步電機、異步電機反饋電源的作用下是持續衰減的，直至消失，變電站110 kV電壓波形見圖3。

由圖3可知，在1號變壓器高壓側間隙保護未動作出口前，161斷路器在合位，此反饋電源經161斷路器向157線受雷擊的故障點(V相)繼續提供反饋電流，因上級變電站157斷路器跳閘后，變電站的110 kV系統失去中性點，V相故障點的存在導致反饋電源相電壓升高，并在1號、2號變壓器高壓間隙兩端產生過電壓，導致1號、2號變壓器的高壓間隙由圖4可知，經0.3 s后，1、2號變壓器的高壓間隙保護動作出口，在0.348 s跳開101、161、312、512、311、511斷路器(本站變壓器間隙過流和間隙過壓為與的關系)。在511、512斷路器跳閘后，化肥廠的電機反饋電源與1、2號變壓器相隔離，110 kV母線電壓完全消失，110 kV備自投啟動，經延時1.8 s后合上162斷路器，1號變壓器恢復帶電(此時158斷路器跳閘后經1 s延時已重合成功)。

圖3 變電站110 kV電壓波形

擊穿放電形成間隙零序電流，1號、2號變壓器及161斷路器變電流波形見圖4。

圖4 變電站1號、2號變、161斷路器變電流波形

4 處理措施及效果

從以上分析可知，本次故障中繼電保護全部正確動作，符合整定邏輯的動作要求。在本次故障中，某化肥廠大型電機的反饋電源在主變壓器110 kV側產生了過電壓，危及了變壓器的安全。

4.1 處理措施

a. 加強變壓器中性點間隙管理。110 kV變壓器中性點正常不接地運行，間隙接地應投入跳閘，以減小過電壓對變壓器的損傷。

b. 增加主變壓器間隙保護聯跳存在反饋電源用戶斷路器的回路。

c. 對具備反饋電源的用戶線路加裝低頻低壓解列回路。

4.2 處理效果

采取以上措施后，該110 kV變電站未出現全站失壓故障。為避免同類故障再次發生，對本地區具備同樣情況的變電站在主變壓器保護整定方案上進行優化，采用主變壓器間隙保護動作后聯跳用戶斷路器及對用戶線路加裝低頻低壓解列保護的措施，快速切斷用戶電機的反饋電流回路。經過2年多的運行，衡水地區變電站未出現同類故障。

5 建議

a. 較大動力用戶接入110 kV變壓器運行時，應將動力用戶的電機負荷視同為小電源，在保護整定時，變壓器的間隙保護不應直接跳開變壓器三側開關，宜首先跳開動力用戶的斷路器，這樣既保證在110 kV線路單相接地時，變壓器間隙電流保護誤動不會甩掉其它用戶負荷，又不影響變壓器本身的安全運行。

b. 對于承載反饋電源或潛在反饋電源的變電站，其電源進線已采用線路縱聯差動保護，線路故障時，兩側斷路器同時跳閘，即使存在反饋電源,也不會與故障點之間形成短路故障，從而防止故障范圍擴大。