變電站全站失壓機理分析

甘凌霄，單翔，朱靈子，林剛，朱劍宇

（1.貴州電網公司貴陽供電局，貴陽550000；2.貴州電網公司電力調度控制中心，貴陽550000）

變電站全站失壓機理分析

甘凌霄1，單翔1，朱靈子2，林剛1，朱劍宇1

（1.貴州電網公司貴陽供電局，貴陽550000；2.貴州電網公司電力調度控制中心，貴陽550000）

闡述了某110 kV變電站全站失壓過程，結合故障錄波裝置的波形圖和電力系統暫態邊界理論，判斷出故障類型及保護動作順序，分析了造成全站失壓的原因，提出了解決方案；引入電網風險評估模型，評估此次事件對電網造成的影響，并用總費用法（TOC）估算此次事件帶來的經濟損失和社會損失。

全站失壓；故障類型；電網風險；經濟損失

0 引言

變電站全站失壓是電力系統中性質較為嚴重的一種事故。所謂全站失壓，是指在電力系統中因故障而導致變電站各電壓等級母線電壓（不包括站用電）為零。運行經驗表明，全站失壓不僅會帶來大面積停電，更會影響到整個電網潮流與穩定，甚至影響到整個區域經濟正常有序的運行。國內外相關學者及技術專家對全站失壓問題也已經進行了深入的研究［1-3］。

近年來南方電網公司在各地區開展了電網風險評估工作，對電網供電可靠性提出了更高要求，對電網事故考核更加嚴格。對各中小地區電網來說，在電網結構尚未完善的情況下，如何避免全站失壓事故的發生，提高電網供電可靠性，是一個值得思考和探索的問題［4］。

對某110 kV變電站全站失壓事故進行客觀敘述，結合故障錄波裝置的波形圖與電力系統暫態邊界理論，判斷出故障類型及保護動作順序，提出解決方案。引入電網風險評估模型，評估此次事件對電網造成的影響，并用總費用法估算此次事件帶來的經濟損失和社會損失。

1 變電站全站失壓事件經過

2015-01-21T21∶58∶42，某110 kV變電站10 kV開關室發生一聲巨響，隨即1號主變10 kV側低后備復合電壓Ⅰ段保護動作（整定值為1.25 s），接著低后備復合電壓Ⅱ段保護動作（整定值為1.5 s），低后備復合電壓Ⅲ段保護動作（整定值為1.5 s），011斷路器跳開。1號主變110 kV側111斷路器由于不滿足高壓側復合電壓保護啟動條件沒有動作。由于為永久性故障，短路電流繼續存在，且故障范圍擴大至主變差動范圍內，主變差動保護動作。由于該變電站只有1臺主變壓器，失去唯一電源點，全站失壓。值班員在第一時間趕到10 kV開關室，發現011主變進線間隔的斷路器小車柜爆炸，馬上匯報調度及相關部門。約2 h后，35 kV側301、303、305、307間隔實現復電。故障停電涉及的301XXⅠ線、303XXⅡ線、305XXⅢ線，所帶負荷大多數為居民及商業負荷，307XXⅣ線所帶負荷為貴州省重點工程項目的某高速3個施工標段的施工負荷。經調度估算，停電大約損失負荷350 kW。10kV側由于011斷路器小車發生爆炸，至1月23日12時，10 kV側才由003間隔XX線倒送10 kVⅠ組母線，實現復電。10 kV停電時間約38 h，損失負荷600 kW左右。

2 全站失壓事件分析

2.1 電力系統暫態邊界理論

由電力系統暫態邊界理論可知，當單相短路接地時，其邊界條件為［5］

用對稱分量表示為：

式中：Ua1、Ua2、Ua0為U的正序、負序和零序分量；a為運算子；Ia1、Ia2、Ia0為I的正序、負序和零序分量。

同理可得，兩相（b、c相）短路邊界條件為

兩相（b、c相）接地短路邊界條件為

2.2 全站失壓事件分析

圖1為事故現場圖，通過現場故障錄波裝置得知，10 kV側011小車斷路器A相的電流一直在“0”附近震蕩，處于正常運行期間，B相和C相的電流一開始均在“0”附近震蕩，但在24 ms附近B、C兩相同時產生故障電流，在24 ms到100 ms，B相電流Ib與C相電流Ic的向量和一直等于0，結合電力系統暫態邊界理論，判定B、C兩相發生了相間短路故障。由于10 kV側011小車斷路器處發生的故障在10 kV TA范圍外，1號主變差動保護一開始沒有動作。短時間后，故障范圍擴大至主變差動保護范圍內，主變差動保護動作，主變三側開關111、311、011跳開，失去唯一電源點，造成全站失壓。

圖1 事故現場

3 電網風險及損失

3.1 電網風險評估

110 kV某變電站經110 kV單線與主網連接，單一主變轉供負荷，在正常方式下，本身存在單線送出風險。正常運行方式下，電力系統中任一元件（如線路、發電機、變壓器等）無故障或因故障斷開，電力系統應能保持穩定運行和正常供電，其他元件不過負荷，電壓和頻率均在允許范圍內。若單一元件故障跳閘，可能對全站造成較大影響，由于站內沒有裝設備自投裝置，發生事故跳閘時，存在全站失壓風險，對地區供電，社會穩定造成嚴重影響。

此次事件由變電站1號主變10 kV側011斷路器小車的避雷器發生相間短路引發，造成110 kV變電站全站失壓，根據《中國南方電網有限責任公司電力事故事件調查規程》［6］達到電力安全四級事件風險。

對于單線供電的區域小網，需提前做好單線熱穩、單主變過載控制方案、供電負荷轉移路徑規劃及設備日常維護等相關風險防控措施。

3.2 經濟效益計算

3.2.1 總擁有費用簡介

總擁有費用（TOC）法是建筑電氣設計時分析和評價電力設備經濟性的方法。TOC法常用于配變初始投資與配變經濟使用年限內的電能損耗費用，根據不同型號、不同容量的配電變壓器TOC值的計算結果，按綜合支出費用最低來選擇最優的配電變壓器容量和型號。借鑒TOC法的基本思路將此次事故進行分析。用總費用法來評估此次事件，應從設備損失、電量損失和社會損失3個方面來考慮。設備損失主要包括人員維護成本和設備更新升級；電量損失主要考慮電價和售電量；而社會損失主要考慮由于停電帶來的社會影響，包括停電對工業、商業和居民用戶的負荷損失及電網公司的社會責任等。

3.2.2 TOC法分析

由于35 kV側的停電大約損失負荷3 000 kW。停電時間為2 h。10 kV側停電時間約38 h，損失負荷600 kW左右。按照貴州省發改委規定的居民用電電價0.455 6元／kWh、商業用電電價0.908 0元／kWh、工業用電電價0.639 0元／kWh計算，按照35 kV側工業用電、商業用電、居民用電7∶2∶1的比例，10 kV側商業用電、居民用電1∶1的比例進行經濟分析，計算結果如表1和表2所示。

表1 35kV側事件經濟性分析

表2 10kV側事件經濟性分析

綜上，將35 kV損失的收益和10 kV損失的收益求和，得4 046.76+15 545.04=19 591.80元。這僅僅是本次事件的直接經濟損失，如果按照1∶10的比例估算社會損失，本次事件的社會損失約為20萬元。再加上設備損壞按4萬元記及施工費用按1萬元記，總費用損失TOC值約為27萬元。

3.3 事故原因分析

此次避雷器相間短路造成的停電事件，主要為：該變電站為單線單變的主接線結構，電源形式過于單一，一旦主變進線間隔出現故障，必然導致全站高壓部分失電；從電網調度層面分析，調度中心應盡可能做好應急預案，一旦發生類似的事件，提前做好供電負荷轉移、路徑規劃等預案；變電站值班員在運行過程中，應加強巡視，做好巡視記錄，降低小動物，特別是山區的老鼠進入開關柜的可能性。設計人員在設計山區變電站時，應考慮天氣因素的影響，盡可能降低潮氣對變電站運行設備造成的影響。

4 結語

對110 kV某變電站全站失壓事件進行全面梳理，針對此次事件暴露出的問題，提出幾點建議：在資金充裕的情況下加快電網建設，優化電網結構；對于單線供電的區域小網，需提前做好單線熱穩、單主變過載控制方案、供電負荷轉移路徑規劃；在變電站驗收及巡視過程中，注意封堵，以盡可能降低在變電站運行過程中有小動物進出開關柜；針對山區變電站潮氣較重的情況，設備試驗及運行時，應考慮天氣影響，在設備選型時應更加慎重；加強設備巡視，針對山區變電站，應特別注意驅鼠器是否正確投入，加熱器和抽濕機是否正常運行等。

［1］羅齊亮，汪建偉.一種防止地區電網110 kV變電站失壓的零序保護整定方［J］.電力設備，2005，6（4）：71-72.

［2］郭耀珠，石光.一起由于直流保險熔斷引起的多座變電站失壓事故分析［J］.華中電力，2007，20（4）：62-64.

［3］李波，文婷.斷路器拒動引起110 kV變電站失壓的事故原因分析［J］.廣東電力，2012，25（5）：103-106.

［4］伍紅文，梁錦洪，劉榮洲，等.防止雙側電源單回鏈110 kV變電站失壓的技術改造［J］.廣西電力，2012，35（2）：29-33.

［5］李光畸.電力系統暫態分析［M］．北京：中國電力出版社，2007.

［6］Q／CSG 210020—2014中國南方電網有限責任公司電力事故事件調查規程［S］.

［7］宋云亭，張東霞，梁才浩，等.南方電網“十一五”城市供電可靠性規劃［J］.電網技術，2009，33（8）：48-52.

Mechanism Analysis for the Substation Total Voltage Losing

GAN Lingxiao1，SHAN Xiang1，ZHU Lingzi2，LIN Gang1，ZHU Jianyu1
（1.Guizhou Power Grid Corporation Guiyang Power Supply Bureau，Guiyang 550000，China；2.Guizhou Power Dispatching and Communication Center，Guiyang 550000，China）

The process of one 110 kV substation voltage losing is expounded，and according with the oscillogram of the fault recorder and the power system transient boundary theory，the fault type and the sequence of protection operation are judged out.The reason of voltage losing is analyzed and solution is proposed.In addition，the risk comprehensive evaluation model of the grid is brought in to evaluate the influence on grid，and the socioeconomic loss is estimated with the total cost method（TOC）.

substation total voltage losing；fault type；risk of the grid；economic loss

TM772

B

1007－9904（2016）11－0044－03

2016-05-28

甘凌霄（1987），男，工程師，從事電力系統規劃與節能減排工作；

單翔（1989），男，從事電力系統檢修與運行工作；

朱靈子（1987），女，工程師，從事為電力系統調度與穩定工作；

林剛（1975），男，技師，從事電力系統檢修與運行工作；

朱劍宇（1971），男，高級技師，從事電力系統檢修與運行工作。