空調(diào)負(fù)荷引起多條配電線路跳閘的分析

韓 堅(jiān)，朱華英

(1.國網(wǎng)江西省電力公司萍鄉(xiāng)供電分公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000；2.江西省萍鄉(xiāng)市第六中學(xué)，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

1 事故情況

2014-08-05T12:55，某變電站10 kV城北1號(hào)線過流I段跳閘；10 kV公園路1號(hào)線、公園路3號(hào)線、城中1號(hào)線、城北2號(hào)線、城中2號(hào)線、金陵1號(hào)線、公園路2號(hào)線過流II段跳閘；相關(guān)電流、有功功率、無功功率遙測(cè)量顯示為0。

現(xiàn)場(chǎng)檢查該變電站城北1號(hào)線線路刀閘炸裂，其余跳閘線路及其他一次設(shè)備無異常。

2 繼電保護(hù)動(dòng)作分析

查閱繼電保護(hù)動(dòng)作數(shù)據(jù)可知， 10 kV城北1號(hào)線線路刀閘炸裂后發(fā)生B，C兩相短路故障，故障一次電流為11 600 A，故障時(shí)10 kV系統(tǒng)B，C相電壓下降(二次電壓Ub=33 V，Uc=23 V)，線路過流保護(hù)I段動(dòng)作。約0.3 s后，上述7條線路過流保護(hù)II段幾乎同時(shí)動(dòng)作，且這7條線路跳閘時(shí)的三相電壓仍不平衡(A相為57.7 V、B相為56 V、C相為53 V)。

城北1號(hào)線在12:55:27:028時(shí)刻跳閘后，B，C相間短路故障已被隔離，則通常B，C相的電壓應(yīng)在幾毫秒內(nèi)恢復(fù)，B，C相的電流也應(yīng)同時(shí)恢復(fù)正常，達(dá)到與A相相同的值。利用RTDS系統(tǒng)對(duì)10 kV母線的兩相短路故障切除后的電壓恢復(fù)情況進(jìn)行仿真可知，在沒有負(fù)荷時(shí)，短路故障切除后兩相電壓恢復(fù)到額定值約需10 ms。

而此次10 kV線路兩相短路故障切除后的300 ms內(nèi)，母線電壓B，C兩相仍未恢復(fù)至額定值(B相56 V、C相53 V，分別為額定電壓的0.97倍和0.92倍)。而B，C相電流仍大大高于A相電流，各線路的B相電流一直超過過流II段定值，從而使得保護(hù)動(dòng)作跳閘。

3 事故原因分析

3.1 跳閘線路負(fù)荷分析

線路跳閘發(fā)生在夏天中午時(shí)分，天氣炎熱，氣溫很高，空調(diào)負(fù)荷上升很快。采用統(tǒng)計(jì)分析法比較5-8月份(統(tǒng)計(jì)點(diǎn)同樣取星期二、12:55左右)該變電站負(fù)荷電流的變化情況，可估算出故障前各線路的空調(diào)負(fù)荷約占線路負(fù)荷的60 %。

3.2 空調(diào)群負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)電壓的影響

由于空調(diào)的主要?jiǎng)恿κ钱惒诫妱?dòng)機(jī)，因此空調(diào)負(fù)荷與異步電動(dòng)機(jī)相似，具有其特殊的無功—電壓特性。當(dāng)電壓下降但并未導(dǎo)致空調(diào)壓縮機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)，并不會(huì)引起電流和功率的迅速減小，空調(diào)近似以“恒功率”工況運(yùn)行。但是，當(dāng)電壓下降到壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)電壓(約0.53 p.u.)時(shí)，則會(huì)引起功率的瞬間增大；隨后隨著電壓的繼續(xù)下降，功率減小的速度也加快。當(dāng)電壓降到一定程度(約0.3 p.u.)時(shí)，空調(diào)電壓將自動(dòng)被切除，此時(shí)功率變?yōu)?。

當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生較嚴(yán)重故障時(shí)，則可能在負(fù)荷節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)較大的電壓跌落；若此時(shí)空調(diào)壓縮機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，空調(diào)群負(fù)荷將會(huì)大大加重故障的嚴(yán)重性。在空調(diào)壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)過程中，空調(diào)負(fù)荷的電流和功率將出現(xiàn)2個(gè)明顯的轉(zhuǎn)折點(diǎn)：一是在空調(diào)壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，二是在空調(diào)電壓跌落到壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)電壓與空調(diào)自動(dòng)切除電壓之間時(shí)。空調(diào)壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)之前，功率變化較小，空調(diào)近似以“恒功率”工況運(yùn)行，導(dǎo)致負(fù)荷電流增加，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定不利；而一旦空調(diào)壓縮機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)，負(fù)荷電流瞬時(shí)達(dá)到最大值，將導(dǎo)致空調(diào)功率急劇增大，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生更大的沖擊。但這些都不是最嚴(yán)重的，若空調(diào)電壓跌落到壓縮機(jī)堵轉(zhuǎn)電壓與空調(diào)自動(dòng)切除電壓之間，空調(diào)消耗的最大功率將會(huì)達(dá)到額定功率的4～5倍。

目前，已有學(xué)者針對(duì)空調(diào)負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響建立了較為精確的模型，模擬了空調(diào)群負(fù)荷很大的10 kV線路，在發(fā)生故障并切除故障后的電壓跌落期間，空調(diào)群負(fù)荷對(duì)電網(wǎng)的影響。故障發(fā)生過程中，母線電壓約跌落至額定值的0.3倍。故障切除后，由于空調(diào)群負(fù)荷的影響，許多空調(diào)發(fā)生堵轉(zhuǎn)效應(yīng)，有功功率、無功功率瞬間增大許多倍，使電網(wǎng)瞬間欠缺無功功率，導(dǎo)致母線電壓降低，不能立即恢復(fù)至額定值；延時(shí)一段時(shí)間后，在該段時(shí)間內(nèi)的空調(diào)功率、負(fù)荷電流也同時(shí)增大了許多倍。

3.3 線路誤跳原因分析

城北1號(hào)線B相隔離刀閘觸頭在大電流和高溫的作用下，持續(xù)過熱，刀閘觸頭燒斷，產(chǎn)生電弧，導(dǎo)致B相單相接地。由于B，C兩相刀閘的空間距離較近，造成B，C相間短路，引起城北1號(hào)線過流保護(hù)I段動(dòng)作，操作機(jī)構(gòu)大概經(jīng)過50 ms后將斷路器跳開。

在斷路器跳開前的50 ms內(nèi)，電壓瞬間跌落至很低(B相33 V、C相23 V，分別為額定值的0.57倍和0.39倍)，大量空調(diào)發(fā)生堵轉(zhuǎn)效應(yīng)。在故障切除后的恢復(fù)過程中，有功功率大量增加，并產(chǎn)生大量無功功率，由于之前電流已接近過流保護(hù)II段定值，功率的增加使各線路電流進(jìn)一步增大，在堵轉(zhuǎn)恢復(fù)時(shí)間超過300 m s后，達(dá)到過流保護(hù)II段啟動(dòng)定值，7條線路因過流保護(hù)II段動(dòng)作而相繼跳閘。大量增加的無功功率，使10 kV母線無功補(bǔ)償不足，引起電壓跌落，故城北1號(hào)線故障切除后的300 ms內(nèi)，B，C兩相電壓仍未恢復(fù)至額定值。

4 處理對(duì)策

綜上所述，7條線路的跳閘并不是由線路自身故障導(dǎo)致的，而是由大量空調(diào)負(fù)荷對(duì)電壓暫降的響應(yīng)造成短暫過電流引起的。根據(jù)DL/T584—2007《3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》4.2.6.2.1的規(guī)定，在保證保護(hù)靈敏度的前提下，適當(dāng)提高過流保護(hù)II段的電流定值，可避開空調(diào)負(fù)荷引起的電流暫升。若提高電流定值仍無法躲開電流暫升，則可再適當(dāng)延長保護(hù)整定時(shí)間。

1 金欣龍．空調(diào)負(fù)荷對(duì)配電網(wǎng)電壓穩(wěn)定性的影響及控制策略[D]．長沙：湖南大學(xué)，2013.

2 王正茂．電機(jī)學(xué)[M]．陜西：西安交大出版社，2000.

3 電力行業(yè)繼電保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．DL/T584—2007 3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程[S]．北京：中國電力出版社，2008．