站用電源系統配合存在風險點分析與管控措施

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

站用電源系統配合存在風險點分析與管控措施

侯 捷 盧正飛 歐陽力

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

變電站站用交流電源系統（以下簡稱站用電）是指由站用變壓器電源、站用變壓器、380V低壓配電屏、保護測控、交流供電網絡組成的系統，為直流逆變、變壓器冷卻裝置、動力機具、空調等生產與生活設備提供可靠的交流電源。變電站站用電能否安全、穩定、可靠運行，不但直接關系到站內用電的暢通，而且涉及到電力系統能否正常運行。但由于前期站用電源設計缺乏規范，站用電系統的繼電保護配合問題沒有引起足夠重視，給站用交流電源系統運行管理工作帶來較多的危險點。因此合理規范站用電系統各級保護定值配合，通過正確的切除故障或盡可能的縮小事故范圍，對供電的可靠性控和不間斷有現實需求意義和必要性。

站用；電源系統；風險；管控

1 站用系統保護特性不同上下級配合困難的風險與管控措施

1.1 風險點一：站用電系統380V低壓空氣開關一般配置瞬時、長延時、短延時保護，特性多為反時限，站用變高壓側保護為定時限保護，兩者之間不能實現級差配合。

1.1.1 風險分析

當變低380V側發生各類型故障，站用變過流和低壓零序保護均能感受到故障量，且感受的故障量的大小均大于等于站用電進線開關保護所感受的，導致站用變過流Ⅱ和低壓零序保護越級動作，站用變跳閘。

以站用電額定容量S=400kVA，額定電流為23.1A/577.4A，短路電壓百分比Ud=4%，接線方式為△/Yo-11，不考慮系統阻抗和電纜阻抗。

1.1.2 管控措施

站用電智能型進線監控模塊擴展定時限過流保護、定時限零序過流保護；對于傳統型的站用交流系統，加裝過流和零序保護（繼電器），該保護定值應與站用變過流II段和站用變低壓零序保護配合，使380V側故障嚴格、有效地控制在站用電進線開關，杜絕站用變越級跳閘和380V單一故障，全站交流系統失壓。

1.2 風險點二：站用電380V各級空氣開關設置不合理

1.2.1 風險分析

站用電380V各級空氣開關設置不合理，不能有選擇性地隔離故障。上級保護越級動作，造成停電范圍的擴大。

1.2.2 管控措施

因時間級差所限，不考慮分支饋線開關以后的第三、第四級的配合關系，失配點設在第三級，第三級的靈敏度應大于分支饋線開關，跳閘時間整定為零秒。（考慮到第四級開關帶用電設備，是故障多發點，而從變低到第四級開關之前，故障發生幾率低，因此另一種方案是將第二級、第三級開關的跳閘時間都設為0.3秒，第四級設為0秒。）

1.3 風險點三：站用變高低壓側保護配置差異存在的整定風險

1.3.1 風險分析

（1）低壓側過流只投了一段，按照與變高過流二段進行配合。

當故障電流值處于高壓側過流三段定值與過流二段定值之間時，低壓側保護都不動作，高壓側過流三段動作，造成越級跳閘。

（2）高壓側只有一帶延時過流段，低壓側配合。

高壓側帶延時的過流段一般按保變低有靈敏度整定，時間取0.9秒。變低過流保護可取一段，與高壓側按配合系數1.1整定，時間取0.6秒。但如果高壓側因受CT變比限制造成定值過大， 變低過流保護按照與其配合造成躲不過消防水泵啟動電流，或者對變低故障靈敏度不足等情況。

1.3.2 管控措施

（1）對于低壓側外加的保護只有一段的，可以把變低進線總開關本身自帶的一段短延時保護也投入；至于變低總開關自帶保護、外加的保護與變高哪個過流段配合整定，需要視乎兩個保護的技術特性綜合考慮決定。

（2）對于IP-03此類微機型裝置具有兩段過流保護的，都投入，分別與高壓側過流二、三段配合整定。

（3）當高壓側只有一段延時過流，此時變低過流定值應綜合考慮三點：①與變高定值配合；②躲消防水泵；③對變低故障有靈敏度。盡可能三者均滿足。如果一個過流段無法滿足三者，可考慮設置兩個過流段。高定值、短延時的過流段按切除短路故障整定，低定值、長延時的過流段按躲消防水泵、負荷電流整定。

2 站用系統零序保護配合存在風險與管控措施

2.1 風險點一：站用電檢測模塊的零序保護不能真正反應實際電流的風險

2.1.1 風險分析

網內變電站站用變低壓側中性點一般都裝設零序CT，其二次電流回路接入站用變高壓側保護裝置，作為低壓側發生接地故障的后備保護。但近年來在低壓配電柜加裝的零序保護模塊,模塊檢測剩余電流IA+IB+IC+IN,即漏電保護原理，這種接線方式存在問題如圖2所示，圖1給出了正確的接線方式。

由圖1可知，該接線方式既反映接地故障時的故障電流，也反映相線-零線（N線）短路時的故障電流。正常時流過CT的電流是三相不平衡電流，因此在整定上需要躲開最大三相不平衡電流。下面分析錯誤接線方式下，發生單相接地故障時的零序電流分布情況。

帶兩個站用變壓器的站用電系統結構圖可等效為圖3所示。如圖3所示，當#1站用變的出線發生接地時，由于中性線N兩點接地，接地電流I0會產生分流，這樣流過#1站用變的中性點零序CT的電流將不是接地電流，而是I01，變小了。與此同時，#2站用變的中性點零序CT也會有電流流過，大小為I02。因此，若按上圖接線方式，會出現兩臺站用變都跳閘，或都不跳閘的情況。

2.1.2 管控措施

將零序保護模塊接線改接，使其檢測三相電流的矢量和，即零序電流3I0=IA+IB+IC。該接線方式反映接地故障、相線對零線短路，正常時流過接地電流檢測回路的電流是三相不平衡電流。

2.2 風險點二：站用變過流保護和變低零序保護動作后均不閉鎖380V備自投，帶故障備投至另一臺站用變，造成兩臺站用變失壓，擴大事故范圍。

2.2.1 風險分析

站用變低壓零序保護動作后不閉鎖380V備自投，當380V單一接地故障時，因老站的站用電進線開關未配置零序保護（或漏電保護），站用變低壓零序保護動作，跳站用變開關，因不閉鎖380V備自投，380V備自投動作，將故障引入另一臺站用變，造成兩臺站用變跳閘，全站交流系統失壓。

2.2.2 管控措施

圖1 站用變低壓側中性點零序CT正確接線方式

圖2 站用變低壓側中性點零序CT錯誤接線方式

站用電智能型進線監控模塊升級零序保護功能，站用電進線零序保護動作閉鎖380V備自投。

2.2.3 案例分析

2012年110kV某變電站發生饋線支路ABC相間短路,饋線開關不跳閘,站用交流進線開關不跳閘,站變過流保護越級動作, 不閉鎖380V備自投動作切換，造成全站站用交流電源失電。

事故原因：

（1）開關在ABC相間短路故障后熱磁保護動作曲線與站變保護沒有配合，無法及時隔離故障；

（2）站變過流保護越級動作跳閘后，380V備自投切換擴大了事故范圍。

2.3 風險點三：站用變高壓零序和低壓零序保護缺失。

2.3.1 風險分析

某些站沒有站用變變高壓零序CT和低壓零序CT以及相關二次電纜，如380V側發生接地故障，存在站用變過流II段保護動作的風險。

2.3.2 管控措施

增加使站用變具備高壓零序保護和低壓零序保護功能。

2.4 風險點四：配電屏零序電流保護繼電器設計存在風險

2.4.1 風險分析

配電屏零序電流保護繼電器工作電源采用其自身饋線交流電源，當工作電源剛好與接地故障相同相時，接地故障發生會使交流電壓會降低，從而影響到零序繼電器的動作，甚至拒動。

2.4.2 風險分析

將配電屏零序電流保護繼電器工作電源改為采用直流電源。

3 站用系統設計與消防水泵啟動配合存在風險與管控措施

3.1 風險點一：站用變容量偏小

3.1.1 風險分析

消防水泵一般采用異步電動機，其起動電流一般為7～8倍額定電流，且起動時間較長。如消防水泵電機功率與站用變容量不匹配，站用變過流II段（按躲開站用變最大負荷電流整定）無法從定值或時間上躲過消防水泵啟動電流。在對做主變水噴霧或發生火災，消防水泵啟動時，存在站用變開關跳閘的風險。

按《南方電網10kV～110kV系統繼電保護整定計算規程》，站用變過流II段最大只能整定2.1 Ie1，上下級配合系數取1.1，站用電過流保護最大1.9Ie1；消防水泵啟動電流10Ie2計算（取7 Ie2，可靠系數取1.5），粗略計算，站用變容量與水泵主電機功率比≤10/1.9=5.3時，過流II段定值均不能躲過消防水泵啟動電流。

3.1.2 管控措施

在變電站的設計階段，應充分考慮像消防水泵異步電動機此類用電設備的特殊性，盡量選擇容量較大的站用變，以滿足站用電整體負荷水平要求。若變電站內存在多臺消防水泵，則在其自動啟動回路的設計上和使用消防水泵時應盡量避免同時啟動多臺消防水泵。兩臺消防水泵啟動的相隔時間不宜低于30秒，以避免造成啟動電流過大導致站用變過流保護跳閘。

3.1.3 案例分析

2013年某站#2主變檢修停電，運行人員對#2主變消防噴水設備進行噴水檢查。當運行人員啟動消防泵后，#2站用變變高開關ST1隨即跳閘，大約13秒后，#1站用變變高開關ST1也跳閘。

消防水泵接入兩路交流工作電源，兩路工作電源分別引自#1站用變和#2站用變。兩路工作電源通過自動切換裝置進行自動切換，當自動切換裝置切在“自動”位置時，若一路工作電源失去，自動裝置經延時后會自動切換至另一路工作電源；當自動切換裝置切在“手工”位置時，則固定由選定的一路電源供電，失電后不能實現自動切換。

事件發生當天，該站消防水泵雙電源自動切換裝置切在“自動”位置，選擇由第二路工作電源供電（來自#2站用變）。該消防水泵為三相異步電動機，額定功率為110kW，額定電流為166A。異步電動機因其電氣特性，啟動階段的電流會大于額定電流，一般可達額定電流的2至7倍，啟動持續時間約為5至20秒。該站站站用變容量為315kVA，低壓側額定電流為455A，消防水泵啟動電流按4倍考慮，足以達到站用變額定電流的1.47倍（即變高過流II段定值）。

該站#1、2站站用變保護裝置保護報告記錄下的故障電流為0.04A，折算至低壓側一次值為660A，約為消防水泵額定電流為4倍，符合其啟動電流特點。#2站用變跳閘后，消防水泵第二路電源失壓，雙電源自動切換裝置經約6秒（整定為2.4秒,但實際約為6秒），自動切換至第一路電源（由#1站用變供），消防水泵再次啟動，啟動電流達到#1站用變變高過流II段定值后，經600ms延時，#1站用變變高開關跳閘。

3.2 風險點二：消防水泵啟動造成過流保護動作風險分析與管控措施

3.2.1 風險分析

按照規程規定，站用變變高延時段過流保護按照躲站用變額定負荷電流整定，并對站用變低壓側故障有不小于1.5的靈敏系數，定值整定未考慮消防水泵啟動的影響，會造成消防水泵啟動時，過流保護動作跳閘。

3.2.2 管控措施

圖3 錯誤接線方式下的故障電流分析

（1）變電站運行人員人工手動啟動消防水泵試驗之前，須將消防水泵電源切換把手置“手動”位置，避免造成兩臺站用變相繼跳閘。

（2）優化整定方案：過流Ⅱ保護：可靠躲消防水泵啟動電流；保380母線靈敏系數不小于2；0.9秒跳站用變。過流Ⅲ保護：躲最大負荷電流整定（不考慮消防水泵啟動電流）；30秒跳站用變。

[1]郭亞昌，王洪峰，苗梅．數字化變電站一體化站用電源解決方案[J]．山西電力，2010（01）．

[2]陳海登．變電站智能站用交直流一體化電源系統的應用[J]．農村電工，2009，17（05）．

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