線路壓變爆炸導致35kV變電站全站失電事故分析

陳笑梅

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線路壓變爆炸導致35kV變電站全站失電事故分析

陳笑梅

（國網江蘇省電力公司南通供電公司，江蘇南通 226006）

針對某線路壓變爆炸引起35kV變電站全站失電的電網事故，本文從監控信號、繼電保護、輔助信息3個角度進行詳細分析，綜合探討了事故發生原因：系統諧振引起壓變絕緣降低擊穿，線路保護動作切斷故障，導致35kV變電站全站失電。最后，本文從優化電網運行方式、強化信號監控和限制、消除諧振3個角度提出了改進措施，以確保電網安全、穩定、可靠運行。

電壓互感器；鐵磁諧振；全站失電

1 事故概況

35kV C站采用單母線分段接線。正常運行方式下，JZ337開關帶35kVⅡ段母線，2號主變及10kVⅡ段母線運行；CH331開關帶35kVⅠ段母線，1號主變及10kVⅠ段母線運行；35kV分段370開關熱備用，35kV備自投啟用。110kV Z站ZG343開關運行，ZG線路充電運行。時值迎峰度夏，考慮到110kV H站負荷較重，C站調整為JZ337線路供35kVⅠ、Ⅱ段母線，35kV分段370開關運行，CH331開關熱備用，35kV備自投停用，10kV分段170開關熱備用，10kV備自投啟用，如圖1所示。

2016年8月23日，220kV J站JZ337開關過流Ⅲ段動作跳閘，重合失敗。110kV Z站ZG343開關保護動作跳閘，因重合閘按規定停用，ZG343開關未重合。最終，35kV C站35kVⅠ、Ⅱ段母線失電，交、直流全部失電。后經檢查發現，35kV ZG線路壓變爆炸燒毀，導致35kVⅠ段母線絕緣降低擊穿，電源側線路開關保護動作，切除故障，導致C站全站失電，損失負荷為23MW。

2 事故原因

2.1 監控信號分析

當C站故障發生時，D5000系統告警窗發出遙信變位信號。下面將按時間先后排序，C站、J站、Z站告警信號詳見表1、表2和表3。

J站“JZ337開關過流Ⅲ段動作”、“JZ337開關分閘”、“JZ337開關重合閘動作”、“JZ37開關分閘”發信，表明J站JZ337開關過流Ⅲ段保護動作跳閘，重合失敗。C站“JZ337線保護動作”發信，進線保護出口壓板退出，結合C站有功、無功、電流等遙測數據消失，判定35kV C站全站失電。

圖1 C站一次接線圖

表1 C站告警信號

表2 J站告警信號

表3 Z站告警信號

C站“35kVⅠ段母線接地”“35kVⅡ段母線接地”、Z站“35kVⅠ段母線接地”發信，初步判定C站失電由接地引起相間短路故障導致，故障點可能在JZ337線路或C站35kVⅠ、Ⅱ段母線和ZG343線路。依據C站“35kV分段備自投裝置閉鎖”、“煙霧報警”信號，故障點極有可能在C站內部，具體原因需待巡線結果和運維人員現場檢查后確定。

2.2 繼電保護配備

對D5000監控系統采集的電壓、電流進行事故分析。因為C站35kVⅠ、Ⅱ段母線并列運行，所以以35kVⅠ段母線為例，每5min采集一次電壓數據。三相電壓A、B、C如圖2所示。線電壓AB和零序電壓30如圖3所示。

由圖可知，35kVⅠ、Ⅱ段母線相電壓、線電壓小幅上升，波動小，未出現接地相電壓下降、其余相電壓上升的單相接地特征曲線。零序電壓30將壓變二次側接成開口三角形，以衡量三相不平衡電壓，正常情況下，零序電壓約等于零。從17∶00∶00開始，零序電壓大幅攀升，至17∶55∶00時，零序電壓達到84.5V。進一步分析，在17∶57∶43時，35kVⅠ段母線三相電壓為A=4.8kV，B=29.2kV，C=34.2kV，線電壓AB=32.5kV，零序電壓30= 87.9V。A相電壓下降，B相、C相電壓升高，C相電壓甚至超過線電壓，開口三角有零序輸出，系統發生諧振。隨后，35kV JZ線Ⅲ段過流保護動作，重合失敗，C站全所失電，35kVⅠ、Ⅱ段母線電壓降為零。

35kV JZ線電流曲線如圖4所示。J站337開關保護整定值見表4。當17∶57∶45時，電流達到最大值903A，J站Ⅲ段過流保護動作，JZ337開關跳閘，重合失敗，電流降為零。

表4 J站337開關保護整定值

注：CT變比為600/5。

2.3 輔助信息判定

調度員通過視頻監控系統觀察，C站35kV開關室內部能見度低。運維人員到達C站后，匯報室內充滿濃煙，隨后風扇排煙。經檢查發現，35kV ZG線線路壓變絕緣擊穿，35kVⅠ段母線燒毀，35kVⅡ段母線未發現異常。JZ線、ZG線巡線無故障。

綜上所述，間歇性單相弧光接地導致ZG線路壓變三相飽和，中性點電壓偏移，激發諧振過電壓。繼而壓變絕緣擊穿，35kVⅠ段母線三相接地產生短路電流，閉鎖35kV備自投，最終J站Ⅲ段過流保護動作切除故障，導致C站全站失電。

3 改進措施

3.1 優化電網運行方式

正常方式下，C站采用35（10）kVⅠ、Ⅱ段母線分列運行，35（10）kV備自投啟用。一旦一路進線電源、一段母線或者一臺主變故障，就僅會影響本段母線所供負荷，而不會導致全站失電的嚴重后果。然而，迎峰度夏期間，C站單電源供電，35kVⅠ、Ⅱ段母線并列運行，建議35kV分段開關設置保護定值，并與上級電源保護進行配合，減小母線故障停電范圍。

3.2 強化信號監控

零序電壓30反應電壓三相不平衡度，是單相接地、線路斷線、系統諧振的重要指示之一[1]。C站失電事故中，30數值從17∶00開始不斷上升，最終接近90V。鑒于D5000系統中，遙測表中零序電壓30被接入公用測控裝置，而遙信表中尚未建立30越限信號，本文建議將遙信表中增加30越限報警信號，并關聯事故音響。當電網發生事故時，變電站保護測控裝置通過硬接點采集30數值并判斷是否越限，同時將30越限報文和30遙測值上傳總控裝置，最后上傳調控中心[2]。

3.3 限制和消除諧振

文獻[3]指出隨著電網的快速發展，越累越多的電纜線路將取代傳統的架空線路。電纜線路固體絕緣屬性的擊穿積累效應產生內部過電壓，激發諧振過電壓，對電網安全運行提出新挑戰。限制和消除諧振的措施主要有設計新型壓變結構、改變電氣參數和消耗諧振能量3種方式。

文獻[4]提出在110kV電壓等級以下系統中，采用新型電容式壓變替代傳統電磁式壓變，去除諧振電路中的電感，消除L-C諧振電路，從而避免系統諧振發生。文獻[5]用同步脈沖控制理論使過電壓系統與正常系統同步，進一步有效降低控制能量。

改變電氣參數從修改電感、電容參數入手，使兩者不能匹配，降低諧振的發生概率，例如采用勵磁特性較好的電壓互感器[3,6]、減少電壓互感器個 數[6]、系統中性點加裝消弧線圈[3]、增加電容器個 數[6]等。

消耗諧振能量使系統阻尼不斷增大，防止諧振產生。常見的消耗諧振方法有：裝設消諧裝置[6]、電壓互感器一次側中性點經高阻抗接地[6]、電壓互感器一側次中性點串聯消諧器[6]等。

4 結論

本文根據D5000監控系統告警信號、保護裝置動作情況、視頻監控軟件圖像、運維班現場檢查及巡線結果，對一起35kV變電站全站失電事故進行了分析。經分析發現，35kV線路間歇性弧光接地引起線路壓變鐵磁諧振過電壓，導致35kV母線絕緣降低擊穿。本文建議從改善電網運行方式和限制、強化信號監控和消除諧振三方面入手，采取相應措施，使電網安全穩定可靠地運行。

[1] 石文江, 李春平, 王睿, 等. 鐵磁諧振在調度端的典型特征[J]. 電力系統自動化, 2015(7): 194-197.

[2] 石文江, 趙海濤, 洪一云. 30越限報警信號的可靠來源分析[J]. 東北電力技術, 2014, 35(11): 60-62.

[3] 吳昊. 35kV中性點不接地系統鐵磁諧振過電壓及其抑制措施研究[D]. 長沙: 湖南大學, 2012.

[4] 王春萌. 一種解決中性點不接地系統鐵磁諧振問題的新技術[J]. 電氣技術, 2014, 15(9): 94-96.

[5] 司馬文霞, 鄭哲人, 楊慶, 等. 用參數不匹配混沌系統的脈沖同步方法抑制鐵磁諧振過電壓[J]. 電工技術學報, 2012(6): 218-225.

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Fault Analysis of 35kV Substation Power Losing Resulting from the Explosion of Voltage Transformer on the 35kV Line

Chen Xiaomei

(State Grid Jiangsu Nantong Electric Power Supply Co., Ltd, Nantong, Jiangsu 226006)

The paper analyzes the 35kV substation power failure from three aspects which include signal monitor, relay protection and supplementary information. The accident happens when the voltage transformer on the 35kV line explodes. Based the fact, we further make a comprehensive discussion about the cause: system resonance results in the decreased insulation. Meanwhile, the circuit breaker on the line trips after protection to cut the fault which leads to the whole substation power failure. To ensure that the power grid operates safely, stablely and reliably, this paper proposes some suggestions, such as optimizing the power grid operation mode, strengthening the signal monitor and limiting and eliminating the system resonance.

voltage transformer; ferromagnetic resonance; substation power failure

陳笑梅（1989-），女，江蘇南通人，碩士研究生，主要從事電網調控工作。