福建電網(wǎng)三相短路接地故障分析

國(guó)網(wǎng)福建電力調(diào)度控制中心 余秀月

引言：2017年04月12日，500kVZW1線3055開關(guān)轉(zhuǎn)充電運(yùn)行操作過程中發(fā)生三相短路接地故障。三相短路接地故障期間，QY電廠#1、#2機(jī)組TCS“負(fù)序電流越限”報(bào)警，#3、#4機(jī)組正處于機(jī)組檢修狀態(tài)。在15:06:28～15:06:42，QY#2機(jī)組功率發(fā)生大幅波動(dòng)后出現(xiàn)小幅振蕩：電壓跌落之前功率約為314MW，電壓跌落過程功率最大升至360MW、最小降至170MW，而后機(jī)組功率發(fā)生小幅振蕩（持續(xù)時(shí)間約為12s），振蕩周期1s，幅度約為12MW，最大峰值達(dá)24MW。此次三相短路接地故障引起電壓跌落并進(jìn)一步引起ZZ地區(qū)、MX地區(qū)、QZ地區(qū)等地區(qū)損失負(fù)荷，同時(shí)在電壓跌落過程中QY電廠#2機(jī)組出現(xiàn)功率振蕩。本文主要針對(duì)電壓穩(wěn)定以及QY#2機(jī)組功率振蕩原因等展開分析。

1.電壓穩(wěn)定及相關(guān)機(jī)組功率振蕩原因分析

為分析此次電壓跌落過程對(duì)電網(wǎng)造成的影響以及電壓跌落過程中QY電廠#2機(jī)組功率振蕩原因，現(xiàn)分別針對(duì)電壓穩(wěn)定、機(jī)組勵(lì)磁/PSS系統(tǒng)等開展分析。因電壓大幅跌落易造成機(jī)組輔機(jī)低壓脫扣事件，因此還對(duì)PT地區(qū)、QZ地區(qū)、MX地區(qū)、ZZ地區(qū)電廠的相關(guān)機(jī)組輔機(jī)低壓脫扣情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

1.1 電壓穩(wěn)定分析

1.1.1 基本情況

2017年04月12日，500kVZW1線3055開關(guān)轉(zhuǎn)充電運(yùn)行操作過程中發(fā)生三相短路接地故障，電網(wǎng)繼電保護(hù)正確動(dòng)作，將故障隔離，電網(wǎng)未發(fā)生系統(tǒng)性安全穩(wěn)定事故，電壓迅速恢復(fù)到正常運(yùn)行范圍，符合GB/T 26399-2011《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)導(dǎo)則》和DLT 1172-2013《電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定評(píng)價(jià)導(dǎo)則》對(duì)暫態(tài)電壓穩(wěn)定的要求，符合《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電壓管理規(guī)定》中“500（330）kV及以上母線正常運(yùn)行方式時(shí)最高運(yùn)行電壓不得超過系統(tǒng)額定電壓的±10%；”和“發(fā)電廠220kV母線和500（330）kV及以上變電站的中壓側(cè)母線正常運(yùn)行方式時(shí)，電壓允許偏差為系統(tǒng)額定電壓的0%-+10%；事故運(yùn)行方式時(shí)為系統(tǒng)額定電壓的-5%-+10%。”的規(guī)定。

1.1.2 ZZ地區(qū)電壓變化情況分析

1）電壓跌落情況

故障前，ZZ地區(qū)ZZ變500kV母線電壓正常運(yùn)行在528.08kV，DL變500kV母線電壓正常運(yùn)行在527.31kV，15:06:29 ZZ變500kVZW1線3055開關(guān)充電時(shí)發(fā)生三相短路接地故障，三相短路發(fā)生后，ZZ變母線電壓在60ms內(nèi)迅速?gòu)墓收锨?28.08kV降至65.17kV，DL變母線電壓在80ms內(nèi)迅速?gòu)墓收锨?27.31kV降至77.96kV。

2）無(wú)功裝置自動(dòng)投切情況

此時(shí)ZZ變電站兩套無(wú)功自投切保護(hù)裝置動(dòng)作，0s延遲動(dòng)作切除1、2、3、4、5號(hào)電抗器，同時(shí)ZW1線線路保護(hù)動(dòng)作，切除ZW1線。故障消失后，電壓得到了恢復(fù)。

3）損失負(fù)荷原因分析

在故障過程中，部分用戶側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致ZZ地區(qū)損失負(fù)荷325MW。

4）電壓變化趨勢(shì)分析

經(jīng)分析確認(rèn)，母線從正常運(yùn)行的530kV左右上升至545kV左右，主要是由5組電抗器切除和損失負(fù)荷325MW兩個(gè)方面的影響造成。相關(guān)變電站母線正序電壓幅值變化趨勢(shì)如圖1所示，其中橫坐標(biāo)表示采樣點(diǎn)數(shù)，采樣間隔分別為0.01s、0.04s。

圖1 ZZ變母線正序電壓幅值變化趨勢(shì)

從圖1可見，三相短路故障切除后，系統(tǒng)母線電壓水平出現(xiàn)偏高的情況，其中ZZ變500kV母線電壓從正常運(yùn)行的528.08kV，恢復(fù)后達(dá)到最高值545.91kV，220kV母線電壓恢復(fù)后達(dá)到241.38kV，DL變500kV母線電壓從正常運(yùn)行的527.31kV，恢復(fù)后達(dá)到最高值545.90kV，220kV母線電壓恢復(fù)后達(dá)到240.56kV，雖符合國(guó)網(wǎng)公司500kV母線上限550kV和220kV母線上限242kV的考核標(biāo)準(zhǔn)，但已接近上限值。

1.1.3 MX地區(qū)電壓情況分析

1）電壓幅值跌落情況

故障前，MX地區(qū)HC變500kV母線電壓正常運(yùn)行在526.68kV，MX變500kV母線電壓正常運(yùn)行在526.57kV，DG變500kV母線電壓正常運(yùn)行在526.38kV，2017-04-12 15:06:29 ZZ變500kVZW1線3055開關(guān)充電時(shí)發(fā)生三相短路接地故障，三相短路發(fā)生后，HC變母線電壓在80ms內(nèi)迅速?gòu)墓收锨?26.68kV降至255.67kV，MX變母線電壓在80ms內(nèi)迅速?gòu)墓收锨?26.68kV降至276.89kV，DG變母線電壓在80ms內(nèi)迅速?gòu)墓收锨?26.68kV降至291.34kV。

2）無(wú)功裝置自動(dòng)投切情況

此時(shí)變電站無(wú)功自投切保護(hù)裝置觸發(fā)動(dòng)作，0s延遲動(dòng)作切除電抗器，同時(shí)ZW1線線路保護(hù)動(dòng)作，切除ZW1線，電壓得到恢復(fù)。

3）損失負(fù)荷原因分析

在故障過程中，部分用戶側(cè)保護(hù)動(dòng)作跳閘，導(dǎo)致MX地區(qū)損失負(fù)荷295MW。

1.2 QY#1、#2機(jī)組勵(lì)磁/PSS系統(tǒng)動(dòng)作情況分析

圖2 故障前后QY#1機(jī)機(jī)端電流、勵(lì)磁電壓、PSS輸出變化圖

調(diào)取PMU錄波發(fā)現(xiàn)#1機(jī)PT電壓無(wú)信號(hào)，故未記錄到#1機(jī)功率變化過程，只有機(jī)端電流、勵(lì)磁電壓及PSS輸出，詳見圖2。#1機(jī)機(jī)端電流只波動(dòng)3次，因此判斷#1機(jī)功率波動(dòng)也為3次，其波動(dòng)次數(shù)比較少，屬正常波動(dòng)。從圖2可見勵(lì)磁電壓變送器采樣有問題，正常勵(lì)磁電壓值應(yīng)為120V顯示卻有580V。

圖3 故障前后QY#2機(jī)有功、無(wú)功、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流變化圖

圖4 2009年QY#2機(jī)組（投入PSS，P≈320MW）2%正階躍響應(yīng)試驗(yàn)錄波

調(diào)取了#2機(jī)組PMU數(shù)據(jù)如圖3所示。如圖3，故障后#2機(jī)組功率振蕩次數(shù)達(dá)到11次，阻尼比低，而勵(lì)磁電壓波動(dòng)很小，疑似PSS作用未發(fā)揮。從圖中還可看出，短路瞬間勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)生強(qiáng)勵(lì)，有功功率波動(dòng)比較明顯，無(wú)功功率以及勵(lì)磁電流波動(dòng)不明顯。

故障后QY#2機(jī)組功率振蕩持續(xù)11秒，振蕩次數(shù)達(dá)11次之多，而QY#2機(jī)組最近一次PSS階躍試驗(yàn)（2009年）的功率響應(yīng)波形顯示如圖4所示，其振蕩次數(shù)為3次。QY#1機(jī)組（與QY#2機(jī)組為同類型的勵(lì)磁系統(tǒng)）2015年10月進(jìn)行勵(lì)磁建模試驗(yàn)時(shí)負(fù)載2%階躍的功率振蕩波形，亦只波動(dòng)了3次。因此根據(jù)對(duì)比分析，此次QY#2機(jī)組PSS的作用未發(fā)揮。根據(jù)電廠反饋，在此次三相短路接地故障前后，該廠#2機(jī)組PSS投入。綜上所述，此次#2機(jī)組PSS屬于投入但未發(fā)揮作用。為了進(jìn)一步明確PSS系統(tǒng)為何未發(fā)揮作用，需要在#2機(jī)組進(jìn)行負(fù)載投/退PSS情況下的2%階躍試驗(yàn)。

2.機(jī)組輔機(jī)脫扣情況統(tǒng)計(jì)

根據(jù)電廠反饋，PT地區(qū)、QZ地區(qū)電廠相關(guān)機(jī)組不存在輔機(jī)脫扣的情況；MX地區(qū)、ZZ地區(qū)的新店電廠有約4臺(tái)輔機(jī)脫扣（主要是空調(diào)制冷輔機(jī)）、HS電廠有約3臺(tái)輔機(jī)脫扣（主要是與水處理有關(guān)的輔機(jī)）。

3.總結(jié)及建議

3.1 總結(jié)

電壓穩(wěn)定分析方面，電網(wǎng)發(fā)生三相短路接地故障，電網(wǎng)繼電保護(hù)正確動(dòng)作，將故障隔離，電網(wǎng)未發(fā)生系統(tǒng)性安全穩(wěn)定事故，電壓恢復(fù)到符合國(guó)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的正常運(yùn)行范圍。勵(lì)磁系統(tǒng)分析方面，由于三相短路接地后QY#2機(jī)組功率發(fā)生了功率振蕩，通過調(diào)取PMU錄波數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)4.12短路故障后QY#1、#2機(jī)組的功率響應(yīng)不同，#1機(jī)組波動(dòng)次數(shù)少，只有3次，#2機(jī)組振蕩達(dá)到11次，初步判斷#2機(jī)組PSS響應(yīng)異常導(dǎo)致兩臺(tái)機(jī)組功率響應(yīng)不同，故需在#2機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行負(fù)載狀態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)階躍試驗(yàn)，以進(jìn)一步查明#2機(jī)組PSS響應(yīng)異常的原因。

3.2 建議

在短路故障后，QY#2機(jī)組功率發(fā)生振蕩，為進(jìn)一步查明QY#2機(jī)組PSS響應(yīng)異常原因，提出以下建議：①#2機(jī)組在有功315MW、無(wú)功103MVar平臺(tái)下，開展投退PSS情況下勵(lì)磁系統(tǒng)2%階躍試驗(yàn)，比較勵(lì)磁系統(tǒng)響應(yīng)差異性。②補(bǔ)作#2機(jī)組勵(lì)磁建模試驗(yàn)。因最近的#2機(jī)組勵(lì)磁建模試驗(yàn)在2009年開展，后機(jī)組經(jīng)過大修及軟件升級(jí)，勵(lì)磁系統(tǒng)性能可能發(fā)生變化，需重新開展勵(lì)磁系統(tǒng)建模試驗(yàn)。為振蕩原因的深入分析提供實(shí)測(cè)模型數(shù)據(jù)。③需要?jiǎng)?lì)磁設(shè)備廠家確認(rèn)送往PMU裝置的PSV信號(hào)是否為STABILIZER SIGNAL（12020）信號(hào)，并在現(xiàn)場(chǎng)階躍試驗(yàn)時(shí)驗(yàn)證。

此外，針對(duì)采樣裝置異常問題，建議：①整改PMU中#2機(jī)組PT電壓采樣裝置，恢復(fù)電壓記錄；②整改#1機(jī)組送往PMU的勵(lì)磁電壓信號(hào)變送器，糾正采樣偏差；③整改PMU裝置中#1、2機(jī)組PSS投退狀態(tài)遙信量信號(hào)。應(yīng)采用PSS ACTIVE（12022）信號(hào)而不能采用遠(yuǎn)方投退信號(hào)：因?yàn)榧词筆SS遠(yuǎn)方投入，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置內(nèi)部可能因電壓、功率條件不滿足而閉鎖該信號(hào)，故應(yīng)采用PSS ACTIVE信號(hào)。