直流故障引起全站失壓案例分析及防范措施

何 明，王 粟，辛占強

（1廣東電網公司云浮供電局，廣東 云浮527300；2湖北工業大學電氣與電子工程學院，湖北 武漢430068）

220kV變電站110kV甲一線進線門型架高跨連接處遭雷擊，使三相高跨引線絕緣子串擊穿，A、B相絕緣子掉串，高跨引線脫落搭接在110kVⅡ母線三相上，造成110kV兩段母線相繼發生三相短路。220kV變電站110kV母線發生三相故障后，10kV電壓下降，直流充電機退出運行。110kV母線保護動作，但因蓄電池異常導致直流電源不穩定，造成全站多個開關未跳開，由對側220kV線路后備保護動作切除故障，220kV變電站失壓。［1］

1 事件過程

1.1 事件前的設備運行方式

220kV變電站:云甲一線、云甲二線、云乙線、天云一線、天云二線共5回220kV出線均正常運行；甲一線、甲鷹一線、甲陽一線、甲陽二線、甲二線、甲鋁一線、甲鋁二線、甲鷹二線、甲鑫線、甲楊線、甲米線共11回110kV出線均正常運行；1、2號主變并列運行，詳見文獻［1］。

1）云甲一線2110開關、云乙一線2310開關、天云一線2510開關、1號主變220kV側2201開關運行于Ⅰ母；云甲二線2211開關、天云二線2511開關、2號主變220kV側2202開關運行于Ⅱ母；2號主變112000中性點合上；4）站用電由1、2號主變10kV側提供（圖1）。

2）甲一線1011開關、甲鷹一線1051開關、甲陽一線1071開關、甲陽二線1081開關、1號主變110kV側1101開關運行于Ⅰ母；甲二線1012開關、甲鋁一線1013開關、甲鋁二線1014開關、甲鷹二線1016開關、甲鑫線1412開關、甲楊線1314開關、甲米線1311開關、2號主變1102開關運行于Ⅱ母。

圖1 站用變運行方式圖

1.2 事故前直流系統運行方式

Ⅰ、Ⅱ段直流母線分列運行，Ⅰ段母線帶1號直流饋線柜35路負荷，負荷電流11A，1號充電機工作方式浮充，浮充電流0.5A、Ⅱ段母線帶2號直流饋線柜35路負荷。負荷電流8A，2號充電機工作方式浮充，浮充電流0.5A。直流充電機參數見表1。

表1 直流充電機參數圖

1.3 站用變運行方式

10kV兩段母線分列運行，1號站用變在10kVⅠ母運行、2號站用變在10kVⅡ母運行，兩臺站用變0.4kV側分列運行，通過ATS開關互為備用（圖1）。

2 事件原因及存在問題分析

2.1 事件起因

變電站110kV甲一線進線門型架高跨連接處遭雷擊，使三相高跨引線絕緣子串擊穿，A、B相絕緣子掉串，高跨引線脫落搭接在110kVⅡ母線三相上，造成110kV兩段母線相繼發生三相短路。詳見圖2。

圖2 A、B相進線高跨引線在進線門型架掉串及斷線圖

2.2 事件直接原因

220kV變電站110kVⅠ、Ⅱ母線發生三相短路時，10kV電壓下降到70.5%Ue，站用0.4kV系統電壓同樣降至70.5%Ue，引起兩套直流充電機退出運行（充電機交流輸入工作電壓在85%～118%Ue范圍之內，超過此范圍立即閉鎖，停止輸出）［2］。此時站用直流系統轉由蓄電池組供電。110kV母線保護動作，在沖擊負荷下，兩組蓄電池同時故障導致直流電源不穩定，造成全站多個開關未跳開，由對側220kV線路后備保護動作切除故障，220kV變電站全站失壓。

故障時全站僅母差保護出口動作，發出跳閘命令，當時運行的110kV開關共14臺，Ⅰ段直流母線供3臺開關、Ⅱ段直流母線供11臺開關，每臺開關的跳閘電流約2.5A，由此計算，故障時一組蓄電池沖擊負荷電流18.5A，二組蓄電池沖擊負荷電流35.5A。

對全部15臺110kV開關進行了外觀檢查，對其中4臺開關的最低動作電壓進行了測試（表2）。

由表2可知，故障時能跳開的開關中，母聯110最低動作電壓為128V，甲陽二線1081開關為112 V，未跳開的開關甲一線1011開關和甲米線1311開關最低動作電壓需要140V，說明故障時直流母線電壓在在128V～140V之間，最低動作電壓超過140V的開關不能跳閘，以上開關的低電壓動作特性均滿足規程要求（規程規定直流電壓143V以上，開關必需可靠動作，66V以下不得動作）。通過對線路保護裝置運行記錄的檢查，可判斷故障時蓄電池電壓不停波動，有時低至88V以下。

表2 開關的最低動作電壓測試表

2.3 事件間接原因

2.3.1 客觀原因 蓄電池質量存在問題，不能承受沖擊負荷。對二組各104個蓄電池進行核對性充放電，一組有20只電池在放電過程中電壓低于1.8V，說明整組蓄電池經過本次沖擊負荷后，已損壞。事故時，在沖擊負荷的影響下，一組蓄電池組中81號電池、二組蓄電池組中68、104號電池損壞，兩組蓄電池輸出電壓大幅下降，致使全站絕大部分開關、保護和自動化裝置不能正常工作。

按《電力系統直流電源柜訂貨技術條件（DL/T 459-2000）》要求，大于200Ah容量的2V閥控式密封鉛酸蓄電池，應能承受8倍Ⅰ10（10小時率放電電流）的沖擊電流，本組電池為300Ah應能承受240A的沖擊電流，初步判斷蓄電池質量存在問題［3］。

2.3.2 主觀原因

1）施工及驗收把關不嚴。未發現蓄電池質量存在問題，不能承受沖擊負荷。

2）日常維護工作不到位。事故后用電池巡檢儀進行檢查和試驗，巡檢儀可以對電壓異常的蓄電池報警，但信號只能在本裝置屏幕上顯示，未接入監控系統。查詢報警記錄，未找到故障電池異常的報警信息，運行維護人員不能及時發現蓄電池隱患［4］。

3）由于站五防機與監控機為一體機，如有設備在對位狀態時，會影響值班員判斷設備正確位置狀態。

4）應急處置技能有待提升。缺乏出現類似問題的應急處置預案（處置原則），調度員及值班員應急處置過程不夠熟練。

5）應急處置心態不夠冷靜。應急處置心態較急，操作步驟不完整，個別閉鎖裝置未及時復歸，影響后續操作。

3 防范措施

3.1 技術措施

1）變電站直流系統及蓄電池的日常運行、維護及監視規范、要求等需進一步研究改進和完善。

2）深入研究蓄電池損壞的機理，為蓄電池選型及運維提供參考意見。

3）將變電站電池巡檢儀的報警信息接入監控系統，確保運行維護人員及時采取人工干預手段，及時發現蓄電池隱患。

4）基于蓄電池的重要性，在后續的蓄電池設計選型中，對于重要變電站的兩組蓄電池建議采用不同廠家的電池，提高直流系統的可靠性。

3.2 組織措施

1）加強運行人員的安全知識和安全意識、責任意識的教育，加強運行人員的責任事件的考核、教育力度，加強運行人員的日常的技術培訓，加強運行人員的基本訓練和素質。

2）要及時落實好變化管理工作，進行對新設備的原理、操作的培訓工作；開展專題培訓，使運行人員掌握蓄電池原理及變電站直流系統原理情況。

3）加強南網整定計算規程的宣貫、學習，將規程執行與電網運行實際、規避電網安全風險更好的結合。

4）進一步加強220kV重要變電站母線及相關一、二次設備的運行維護。

5）加強保護整定風險辨識，防止下一級故障越級到高電壓等級，考慮盡量將失配點遠離變壓器。

6）深入開展事件調查，充分認識當前安全生產形勢的嚴峻性、緊迫性和艱巨性、復雜性，舉一反三，深刻汲取事件教訓，把安全生產工作作為頭等大事抓緊抓實，盡職盡責落實好各項安全生產措施，嚴防類似事件再次發生［5］。

4 結語

變電站直流系統是電力系統輸變電設備的重要組成部分，直流系統的運行狀況直接關系到電力系統及電網的安全運行，一旦直流電源系統發生故障或異常，就有可能造成繼電保護及自動裝置拒動或誤動，從而對電網的安全穩定運行造成不良的影響，給電力系統和國家的安全生產帶來不可估量的損失［6］。

［1］ 繆自強.余正海.變電運行事故分析及處理［M］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］ 韓媜祥.電力系統分析［M］.杭州:浙江大學出版社，2006.

［3］ 白忠敏，劉百震.電力工程直流系統設計手冊［M］.第二版.北京:中國電力出版社，2008.

［4］ 上海市電力公司.變電運行操作技能必讀［M］.北京:中國電力出版社，2001.［5］ 張元全.變電運行現場技術問答［M］.第二版.北京:中國電力出版社，2009.

［6］ 齊 文，陳聰磊.變電站直流系統故障分析與處理［J］.北京電力高等專科學校學報，2010，25（1）:52-54.