110 k V 內橋接線變電站進線單相斷線 調度解決措施

賀明輝

（國網湖南省電力有限公司婁底供電分公司，湖南 婁底 417000）

0 引言

在電網不斷發展進程中，網架結構在不斷完善，同時110 kV 內橋接線變電站在電網系統中也逐漸得到廣泛使用。由于內橋接線式變電站與傳統的分段單母線連接變電站之間存在一定差別，因此，必須嚴格做好運行調度過程的管理工作，細化操作，同時采用和內橋連線形式相對應的有效處理對策，否則極可能會引起二次誤操作等問題，對電網體系的穩定運行造成嚴重影響。此外，當故障發生后，利用有關的指示類儀表難以準確判定出故障 種類，所以還應結合理論研究發現其故障特征，以利于在電網實際運行和調度過程中制定故障處理策略提供參考[1-3]。

1 某內橋接線變電站進線單相斷線故障概述

某地區110 kV 某變電站中，裝配有兩臺110 kV/ 50 MVA 型號主變壓器，在其110 kV 側選擇內橋接線方式，在發生事故時的運行形式是互投線路，101分段斷路器處于閉合狀態，110 kV XX1 線的T 接 線帶整個變電站的負荷，而110 kV XX2 線T 接線156 為熱備用，301 與501 分段斷路器熱備用。主要為該地區居民和企業單位供電。

2016 年11 月16 日21 時40 分，該變電站110 kV XX1 線斷路器141 處出現W相瞬時接地事故，該線路110 kV 側的零序I 段動作保護14 ms，在62 ms故障切除，跳開斷路器141，在2068 ms 后閘重合，動作保護成功重閉合；該變電站的1、2 號110 kV主變間隙發生零序過流動作保護211 ms，故障被切除。

故障發生后，110 kV 變電站XX2 線T 接線156斷路器自行合閘成功投運，帶動2 號主變空負荷運行。緊接著，調度發出指令以2 號主變來帶動全變電站的負荷，并恢復電力供應，通過110 kV XX1線T 接線斷路器155 對1 號主變充電，此后，在主變中性點的隔離開關投切過程中，出現拉弧狀況后即刻閉合隔離開關，主變壓器發生異響，在對問題認真分析后，查出110 kV XX1 線T 接線155 斷路器出現W 相斷線，然后立刻拉開155 斷路器，對線路進行搶修。產生單相斷線后，因變電站后臺機線路連接圖中110 kV 僅有母線電壓連接，缺少線路連接的詳細參數，本次單相斷線事故出現在瞬時接地事故之后，同時事故線路只帶動主變空負荷運行，事故特征類似于TV 一次保險發生熔斷，該狀況都給故障類型的及時準確判斷造成困難，若無法及時解決斷線問題，則斷線相勵磁電抗與對地電容將出現諧振進而造成周期過電壓，甚至將引起進線避雷器爆炸等事故，所以，及時找出并迅速隔離單相斷線，對于避免引發更大事故具有重要意義[4-5]。

2 單相斷線事故分析

在出現瞬時接地事故后，單相斷線事故隨之產生，同時斷線事故線路僅帶動空負荷主變運行，情況比較特殊，因此，為了對110 kV 體系單相斷線事故提供有效的判斷根據，以下將針對該110 kV變電站斷線事故，分析事故的普遍特性。

在 110 kV 變站的主供電路線出現斷線事故后，經常會發出低壓側的母線電壓TV 計量電壓消失信號及高壓側的備自投設備警告等，并且電容器組保護開關發生低壓保護跳閘。

220 kV 電源側變電站 110 kV 側線路帶動110 kV 變站系統運行，220 kV 站內主變110 kV 側的中性點與地直接相連，為便于研究，結合110 kV/ 10 kV 雙繞組Y/Δ-11 變壓器實例，對主供電路線在W 相發生斷線故障時110 kV 站內的低、高壓側電流、電壓變化情況進行分析。

2.1 高壓側的電壓改變情況

220 kV 變電站內110 kV 側的中性點為直接接地，因110 kV 出線側斷線單相在總體對地電容中占比較小，所以220 kV 變電站110 kV 電壓可維持基本無變化，此處用EU 、EV、EW 表示，圖1 為110 kV 雙繞組Y/Δ-11 變壓器的電壓分布。

圖1 110 kV 雙繞組Y/Δ-11 變壓器的電壓分布 Fig. 1 Voltage distribution of 110 kV double winding Y/Δ-11 transformer

斷線相邊界條件：ΔUV=0，ΔUU=0 和ΔIW=0。

因110 kV 站內110 kV 側主變的中性點未接地，所以零序回路未連通。

根據對稱分量算法計算出斷線相高壓側的電壓向量如圖2 所示。

圖2 斷線單相高壓側的電壓向量 Fig. 2 Voltage vector of single-phase high voltage side of disconnection

由上圖可知，單相斷線后，斷線相電壓值約為穩定運行時電壓值的1/2，方向相反，電壓值降低了，而并不是單相斷線后相電壓不變。并且，和斷線單相存在關聯的線路電壓也降低至穩定時電壓的一半，其他正常相電壓值保持不變[6]。

2.2 高壓側的中性點電壓

出現單相斷線故障后，110 kV 主變高壓側的中性點處位移電壓滿足：

根據以上公式可知，在110 kV 變電站線路產生單相斷開時，變電站主變高壓側的中性點位置將出現位移電壓，電壓值約為相電壓的 1/2（即30 kV）。案例中的110 kV 變電站在主變間隙過壓零序定電壓值是150 V，即相當于相電壓值的1.5倍。所以，單相斷開后主變高壓側的中性點將出現0.5 倍的相電壓位移電壓，無法啟動間隙保護動作進行故障排除[7]。

2.3 高壓側斷線相線路的電流改變情況

根據W 相線路斷開后的序網綜合圖示可知：

根據對稱分量算法進行計算可得：在斷線發生后，斷線單相的電流值為零，未斷線相的電流基本無變化，負載可通過未斷線相帶動，此刻系統處在非對稱情況，將引起主變各繞組出現不均勻發熱而對主變造成損傷，線路不存在零序電流，然而有負序大電流存在，其值約為正常電流值的0.5 倍，這些負序大電流將對轉動機組產生損害。

2.4 低壓側電壓變化規律

110 kV 變電站雙繞組Y/Δ-11 變壓器高低壓繞組的電壓，主變壓器高壓側出線W 相斷線時，低壓側U 相的電壓大小基本不變，而W 相和V 相的電壓減小到正常時的一半。

2.5 低壓側的線路電流改變情況

根據Y/Δ-11 變壓器低、高電壓側繞組的向量相位關系，并結合對稱分量算法可知：主變高壓側的出線W 相線路斷開時，其低壓側的U 相線路電流和穩定運行時的電流值相等，而斷線V、W 相的線路電流則降低至正常電流值的1/2。不考慮母線和變壓器各相間傳遞的影響，同時不考慮數據收集造成的誤差，其實際電壓的改變值與理論值基本一致[8]。

3 單相斷線事故判斷和需注意的事項

單相斷線事故引起的負序電流與運行不對稱都會給主變與負載帶來極大損傷，斷線單相線路的對地電容與勵磁電抗在出現諧振后會引起周期過電壓現象，進而引起記錄器發生爆炸或進線避雷器被擊穿等事故。所以，如何按照故障之后的特性，準確及時的判斷單相斷線事故，進而盡可能避免損失，對調度和運行人員至關重要。

3.1 斷線事故判定

110 kV 線路通常都配備距離與距離零序保護以及過流和零序過流保護等措施，在出現單相斷線事故后，因不存在零序電流，也不會產生大的非事故相電流，線路動作保護都不會啟動。110 kV 單相斷線事故會引起110 kV 主變高壓側的中性點出現0.5 倍的位移電壓，低于主變間隙零序保護電壓值，所以主變壓器的間隙動作保護不會發動。然而斷線相會造成負序電流、零序及負序電壓都會引起主變保護發出開啟保護設施、TV 斷線、開啟高壓側電壓復合元器件等警告信號。在低壓側的母線壓降也將引起電容器組開啟低電壓動作保護，直流警告，高壓側的母線壓降超過正常值范疇也將引起告警。

運行和調度人員在觀察到110 kV 變站內高壓側的三個母線線電壓中有1 個基本不變而兩個降低時，應區分是因高壓側發生斷線引起還是由于TV一次保險發生熔斷而造成。為更準確區分，站內人員應對后臺機詳細線路圖的各類相電流參數進行認真查看，若斷線相的電流是0，且其它兩相電流不是0，那么可判定是因為缺相造成，而不屬于TV斷線。若站內的后臺機沒有詳細線路圖，那么可依靠故障錄波器對實時的錄波進行分析，以判斷是否為單相斷線事故，若沒有配備錄波器，可利用檢測主變低壓側的電流、電壓變化以判斷其是否為斷線事故。主變高壓側的出線單相在出現斷線后，低壓側的電流與電壓改變情況基本一致，斷線鄰近下一相的電流、電壓值保持不變，而前一相電流與電壓值將降低至穩定運行水平的1/2。上述均可作為單相斷線事故判斷的有效方式。對調控工作，因能夠看到所有線路運行參量，可利用調出各相的參數以對斷線事故進行判斷[9]。

3.2 應引起注意的事項

在斷線事故判定和檢修過程中，應注意主變高壓側的中性點引起的約30 kV 位移電壓（相電壓的0.5 倍），如果該電壓施加于間隙兩側，那么此刻的運行人員若沒有發現斷線事故而操控中性點的隔離開關，將引起強大電弧，且主變中性點的隔離開關通常配備在主變的泄油池端部，一旦出現拉弧，將對運行人員撤出帶來極大不利，甚至會燒傷人員。所以，在對中性點的隔離開關進行操控前，應先判斷其是否存在斷線事故引起的位移電壓，對此，運行人員必須要給予高度重視。此外，在110 kV 線路出現單相斷線事故時，其斷線單相勵磁電抗與線路的對地電容產生諧振，進而引起周期過電壓，極易引起記錄器與進線避雷器的爆炸，因此，運行人員應盡可能與此種設備保持足夠距離，以防止產生人員傷亡[10]。

4 結語

在發生單相斷線事故時，110 kV 線路以及變電站的保護設備不會發出保護動作來排除故障，必須對此高度重視。本文結合110 kV 某變電站出線單相斷線事故，對于變電站高低壓設備側的電流、電壓變化情況，提出了斷線事故的判定方式，從而為變電站調度和運行人員準確判別斷線事故提供了依據，同時給出運行人員在實際操作時應注意的有關事項，以避免引起人員傷亡，保證變電站的穩定運行。