一起110kV系統(tǒng)故障分析及解決辦法

【摘 要】隨著社會用電需求的逐年增長，這對供電的安全可靠性也提出了更高的要求。因此，及時診斷、消除故障，對提高用戶供電可靠性和供電企業(yè)服務(wù)水平具有重要意義。下面，對一起110kV系統(tǒng)故障進(jìn)行了分析，并制定了故障解決方案，取得了令人滿意的效果，為今后類似故障的解決提供了重要參考。

【關(guān)鍵詞】110kV；故障；零序電流；解決辦法；效果

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，社會用電需求每年都保持著較大的增長， 這對供電的安全可靠性也提出了更高的要求。一旦線路發(fā)生故障，若不快速、準(zhǔn)確的查找故障點(diǎn)，處理故障，將會導(dǎo)致故障影響范圍的擴(kuò)大，甚至造成大面積的停電事故，給人們的生產(chǎn)生活帶來不利的影響。

1 故障現(xiàn)象

2011-12-11，廉江某變電站110kV出線158線出口發(fā)生L2相電纜接地、保護(hù)動作故障；重合于永久性故障后，保護(hù)再次動作。故障發(fā)生時，變電站接地運(yùn)行的1號變壓器差動及本體重瓦斯保護(hù)動作且燒損，不接地運(yùn)行的2號變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行。之后，系統(tǒng)再次發(fā)生故障，致使變電站110kV系統(tǒng)內(nèi)部分TV被擊穿。

2 故障原因

廉江電網(wǎng)內(nèi)，凡是安裝2臺主變壓器的220kV變電站均采用1臺主變壓器220kV側(cè)及110kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地，而另1臺的中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地的運(yùn)行方式。這種方式下，當(dāng)接地變壓器跳閘時，就會出現(xiàn)110kV電網(wǎng)失去中性點(diǎn)接地的情況，當(dāng)再次故障時由于110kV系統(tǒng)失地而產(chǎn)生過電壓。

此次事故中，變電站因1號接地變壓器跳閘后，2號變壓器所帶的110kV系統(tǒng)變成了無接地點(diǎn)的“失地”系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)再次發(fā)生接地故障時，因中性點(diǎn)偏移使電壓升高至原來的3倍，系統(tǒng)過電壓造成了設(shè)備損壞事故。

3 110kV系統(tǒng)失地故障影響分析

3.1 零序電壓計(jì)算

系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障點(diǎn)穩(wěn)態(tài)零序電壓U0

（1）為：

U0（1）=Z0ΣUΦ/（2Z1Σ+Z0Σ） （1）

式中Z0Σ—零序阻抗，Ω；

UΦ—系統(tǒng)故障前相電壓，kV；

Z1Σ—正序阻抗，Ω。

系統(tǒng)發(fā)生兩相接地故障時，故障點(diǎn)穩(wěn)態(tài)零序電壓U0（1.1）為：

U0（1.1）=Z0ΣUΦ/（Z1Σ+2Z0Σ） （2）

從式（1）、式（2）可以看出，接地故障產(chǎn)生的零序電壓取決于系統(tǒng)的Z0Σ與Z1Σ。一般情況，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)固定后正序阻抗Z1Σ恒定，而零序阻抗Z0Σ則會隨著系統(tǒng)接地點(diǎn)的數(shù)量發(fā)生變化：Z0Σ增大時，接地故障時產(chǎn)生的零序電壓亦相應(yīng)增大。

3.1.1 局部不接地系統(tǒng)

當(dāng)所有變壓器同時失去接地中性點(diǎn)時，此時系統(tǒng)成為局部不接地系統(tǒng)，Z0Σ=∞，故障點(diǎn)零序電壓等于系統(tǒng)故障前相電壓UΦ（此時為最大值：UΦ=115/■ =66.4kV），變壓器中性點(diǎn)過電壓最嚴(yán)重，會造成設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。

3.1.2 有效接地系統(tǒng)

只要變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)中有1個接地，則該變壓器配出的110kV系統(tǒng)就是有效接地系統(tǒng)。當(dāng)Z0Σ=3Z1Σ，系統(tǒng)相電壓UΦ=66.4kV時，代入式（1）中可計(jì)算出故障點(diǎn)零序電壓為39.84kV。說明只要保證變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)有1個接地，即可有效降低零序電壓。系統(tǒng)接地后，由于故障點(diǎn)零序電壓小于變壓器中性點(diǎn)的耐壓值，系統(tǒng)故障時不會發(fā)生變壓器損壞事故。

由于Z0Σ減小時，接地故障時產(chǎn)生的零序電壓亦相應(yīng)減小，因此科學(xué)、合理地改變變壓器中性點(diǎn)的運(yùn)行方式，減小零序阻抗的標(biāo)幺值，就能在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，通過降低系統(tǒng)的零序電壓來減少或避免設(shè)備燒毀事故的發(fā)生。

3.2 失地過電壓及故障電流

3.2.1 失地過電壓

變電站1臺主變壓器中性點(diǎn)直接接地，另1臺主變壓器中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地的運(yùn)行方式下，當(dāng)中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器跳閘后，在110kV系統(tǒng)失去接地點(diǎn)期間，110kV母線發(fā)生接地故障時母線電壓計(jì)算值見表1。

表1 110kV母線電壓計(jì)算值 kV

由表1可見，變電站110kV母線單相接地短路故障零序電壓是兩相接地故障零序電壓的2倍。

3.2.2 主變壓器故障電流

變電站1臺主變壓器中性點(diǎn)直接接地，另1臺主變壓器中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地的并網(wǎng)運(yùn)行方式下，110kV母線發(fā)生單相接地故障時，1號、2號變壓器大方式運(yùn)行時的電流值及分布分別見表2。

表2 變電站1號、2號主變壓器的電流計(jì)算值 A

4 處理辦法及效果

為了降低事故情況下系統(tǒng)的零序過電壓及短路電流，將變電站主變壓器中性點(diǎn)并網(wǎng)運(yùn)行方式改為2臺主變壓器的220kV側(cè)及110kV側(cè)中性點(diǎn)均直接接地運(yùn)行。變電站1號、2號變壓器現(xiàn)運(yùn)行雙套繼電保護(hù)裝置且運(yùn)行狀況良好，繼電保護(hù)二次回路正確、完善，變電站1號、2號變壓器及110kV系統(tǒng)保護(hù)定值無需大面積修改，為方案的實(shí)施提供了方便。新運(yùn)行方式取得的效果：

4.1 降低了系統(tǒng)故障時的零序過電壓

變電站采用新運(yùn)行方式后，當(dāng)1臺接地變壓器跳開后，110kV系統(tǒng)將仍有1臺帶接地點(diǎn)運(yùn)行。110kV母線發(fā)生接地故障時，系統(tǒng)的零序電壓見表3。

表3 新方式下變電站110kV母線的零序電壓計(jì)算值 kV

1臺中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器跳閘后，運(yùn)行前、后110kV母線的零序電壓對比見表4。

表4 運(yùn)行前、后110kV母線的零序電壓對比 kV

由表4可見，方案實(shí)施后110kV母線L2相發(fā)生接地短路故障時，零序電壓大幅降低（下降了171kV）；110kV母線L2、L3相發(fā)生接地短路故障時，零序電壓降低了60.3kV。

4.2 降低了單臺變壓器接地故障時的短路電流

新方式下，110kV母線L2相發(fā)生接地故障時，1號、2號變壓器大方式運(yùn)行時的電流值及分布分別見表5。

表5 110kV母線單相接地時1號、2號變壓器的電流計(jì)算值 A

110kV母線L2相發(fā)生接地短路故障時，方式改變前、后變電站1號、2號變壓器承受的零序電流比較見表6。

表6 運(yùn)行方式改變前、后變壓器承受的零序電流對比 A

變電站增加1個接地點(diǎn)后，原接地變壓器所承受的故障電流由12.6kA大幅降至7.02kA。

5 結(jié)束語

實(shí)踐證明，通過采用本文所述的辦法后，原故障問題得到了很好的解決，且大大降低了故障時的零序過電壓及變壓器所承受的故障電流，避免故障對變壓器造成損壞。變壓器中性點(diǎn)的新運(yùn)行方式徹底解決了系統(tǒng)過電壓問題，提高了電網(wǎng)連續(xù)供電的可靠性及網(wǎng)內(nèi)設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]周潔，吳俊美.一起線路故障引起主變壓器零序過電壓動作的分析[J].四川電力技術(shù)，2011（02）.

[2]國家電力監(jiān)管委員會電力可靠性管理中心.電力可靠性技術(shù)與管理[M].北京：中國電力出版社，2007.

[責(zé)任編輯：丁艷]