站用電失壓事件的分析與整改建議

楊文一，張樹培，李新洪

（云南電網責任有限公司保山供電局，云南 保山 67800）

0 前言

變電站站用電系統主要為站內一二次設備提供電源，其中包括：直流系統的整流電源、交流操作電源、變壓器的冷卻電源和有載調壓電源、通信電源、站內照明系統電源、設備的加熱、驅潮電源，檢修電源及生活電源等[1-3]。一旦站用電系統出現問題，將直接或間接影響變電站的安全運行，嚴重時甚至會擴大事故停電范圍，因此站用電系統必須具有高可靠性。本文以一起系統電壓波動導致0.4 kV站用電失壓事件為例，分析失壓的具體原因，總結了相應的處理方法，提出了具有針對性的建議，對防范此類事件的發生有一定借鑒作用。

1 變電站及站用電系統正常運行方式

以某220 kV變電站為例，正常運行方式為220 kV #1、#2主變并列運行，220 kV #1主變220 kV及110 kV中性點直接接地； 220 kV #2主變中性點間隙接地。220 kV、110 kV雙母線并聯運行，220 kV #1主變201斷路器運行于220 kVⅠ組母線，220 kV #2主變202斷路器運行于220 kV Ⅱ組母線。220 kV #1主變101斷路器運行于110 kVⅠ組母線，220 kV #2主變102斷路器運行于110 kVⅡ組母線。220 kV旁路母線、110 kV旁路母線正常時熱備用。該變電站主接線圖如圖1所示。

35 kVⅠ、Ⅱ母分段運行；#1主變301斷路器、#1站用變，#1、#3、#5電容器接Ⅰ母，#2主變302斷路器、#2站用變，#2、#4、#6電容器接Ⅱ母；0.4 kV站用電接線方式為單母線分段運行，其Ⅰ、Ⅱ段母線經4011、4021隔離開關聯絡并列運行，#1站用變低壓側401斷路器處運行狀態，#2站用變低壓側402斷路器處熱備用狀態，#1站用變供0.4 kV站用電Ⅰ、Ⅱ段母線，站用變低壓側進線備自投BZT投入，站用電系統接線如圖2所示。

圖1 220 kV某變電站主接線圖

圖2 220 kV某變電站站用電系統接線圖

正常運行方式下，該變電站220 V直流系統采用雙母線分段接線方式，220 kV#1主變冷卻器裝置電源連接0.4 kV站用電Ⅰ、Ⅱ段母線工作，220 kV#2主變冷卻器裝置電源連接0.4 kV站用電Ⅰ、Ⅱ段母線工作。

2 站用電失壓事件調查及原因分析

2017年12月某日，某220 kV變電站發出站用變0.4 kV側401、402斷路器動作跳閘、直流系統交流異常、0.4 kV站用電失壓等信號。接到通知后相關人員趕到現場檢查有以下發現：

1）通過檢查相關一二次設備，0.4 kV站用電母線無短路故障。

2）查閱110 kV線路故障錄波、220 kV線路故障錄波均發現此時間段電流、電壓波動，電流增大，電壓降低。經與地調落實，12時33分與該變電站相連的110 kV某變電站一條110 kV線路發生近區短路永久性故障，保護動作后重合閘不成功。

3）查閱220 kV主變故障錄波情況，發現12時33分22秒7002毫秒突變量啟動的波形中#1主變35 kV側電流、電壓波動，電流增大，電壓降低，其中A相電壓二次值約為6 V，B、C兩相約為68.2 V，主變中性點出現零序電流，如圖3所示。

圖3 故障時#1主變中壓側、低壓側電壓錄波圖

4）現場檢查站用變低壓側401、402斷路器正常，備自投裝置動作邏輯正確，主變錄波突變量啟動和站用變低壓側401斷路器動作跳閘的時間吻合，主變低壓側A相電壓降低。備自投動作于12時33分34秒358毫秒合上402斷路器后，12時33分34秒3712毫秒出現第二次低電壓，402斷路器欠壓脫扣，備自投裝置充電未完成，不能再次動作，因此全站站用電系統失壓。

故障發生時相關元件定值及設備參數信息如表1所示：

表1 相關元件定值/參數

對于變壓器單側，若該側變壓器一次側電壓為U1e，二次側電壓為U2e，則該側變壓器變比由下式來算出：

對于變壓器高壓側和低壓側，若變壓器高壓側一次側電壓為Uh，高壓側一次額定電壓Uhe，變壓器低壓側一次側電壓為Ul，低壓側一次額定電壓Ule，則變壓器有如下公式：

由故障錄波圖可測出故障時各元件電氣量如表2所示。

表2 故障時各元件電氣量

故障時35 kV母線電壓即為35 kV站用變高壓側電壓一次值，當發生第一次故障時，由（3）式算出故障時35 kV#1站用變低壓側電壓一次值：

將（3）式結果代入（1）式算出故障時35 kV#1站用變低壓側電壓二次值：

當重合于故障時，由（3）式算出故障時35 kV#2站用變低壓側電壓一次值：

將（5）式結果代入（1）式算出故障時35 kV#1站用變低壓側電壓二次值：

站用電失壓原因分析如下：

a. 當線路發生短路故障時，要經過一段延時才能切除故障，故障切除后電壓立刻恢復至故障前的水平，而在此過程中，鄰線的負荷將承受一次電壓暫降[3]。110 kV線路發生近區短路永久性故障，導致與該110 kV變電站所連接的220 kV變電站110 kV母線電壓A相降低，#1主變35 kVⅠ母A相電壓降低，由（4）式可知35 kV#1站用變低壓側二次值降至6 V，低于#1站用變低壓側401斷路器欠壓脫扣動作值（20 V）后，401斷路器跳閘。

b. 401斷路器跳閘后，站用變低壓側備自投依據其邏輯401斷路器跳位，0.4 kVⅠ段母線無壓，#1站用變支路無流，#2站用變支路有壓動作合上402斷路器。

c. 402斷路器合上后，發生故障的110 kV線路進行重合，由于重合于永久性故障對與該110 kV變電站所連接的220 kV變電站110 kV母線造成第二次沖擊，使110 kV母線電壓A相再次降低，#2主變35 kVⅡ母A相電壓降低，由（6）式可知35 kV#2站用變低壓側二次值降至6.87 V，達到#2站用變低壓側402斷路器欠壓脫扣動作值（20 V）后，402斷路器也跳閘。

d. 備自投裝置充電時間為10 s，充電未完成，備自投無法再次動作，導致全站站用電系統失壓。

3 站用電失壓可能造成后果

由于0.4 kV站用電連接有變電站內許多重要負荷，站用電失壓可能帶來以下后果：

1）站內照明、空調失壓，可能導致二次設備運行異常。

2）主控室后臺監控系統失壓，站內裝置狀態信息無法監測，開關刀閘無法遠程操作。

3）戶外檢修電源箱、保護室試驗電源失壓，各類檢修、試驗工作由于設備無法取電源導致各類工作無法開展。

4）主變冷卻器電源失壓，可能迫使變壓器降低容量運行，嚴重者可能使變壓器停運，甚至燒毀變壓器。對于變壓器非電量保護若冷卻器全停跳閘功能投入，主變冷卻器電源失壓處理不及時還可能導致變壓器跳閘。

5）站用直流系統由站用交流系統供電，0.4 kV站用電長時間失壓，站用直流系統也將失壓。此時由站用直流系統所供保護裝置、測控裝置、通信裝置、操作電源等失壓，變電站將無法安全運行。

圖4 站用電失壓處理流程圖

4 處理方法與防范建議

在變電站中，站用電系統的可靠運行對整個變電站的安全運行至關重要，當發生站用電系統失壓時，可按圖4站用電失壓處理流程圖快速有效的進行處理。

判斷站用電失壓是否為變電站全站失壓可根據儀表指示，后臺機的報文及閃光信息，繼電保護，自動裝置，斷路器位置及事故現象來判斷。

站用電源事故使主變壓器冷卻設備部分或全部停運時，應嚴密監視主變的負荷和溫度，并迅速報告調度，根據主變溫度變化及時調減主變負荷。

考慮當前變電站無人值班的需要，對站用電全站系統失壓的情況提出以下建議：

1）根據中國南方電網公司反事故措施（2017年版）2.10.2，若變電站站用電保護或0.4 kV備自投具備跳進線0.4 kV斷路器功能，站用低壓側0.4 kV開關應取消低壓脫扣功能[4]。

2）站用變壓器低壓側主斷路器通常配置欠壓脫扣斷路器，當電網瞬時波動、閃變時，不論站用電低壓母線并列還是分列運行都可能會使站用變壓器低壓側主斷路器跳閘[5]。若變電站站用電保護或0.4 kV備自投不具備跳進線0.4 kV斷路器功能，應在站用變低壓側斷路器欠壓脫扣回路增加延時繼電器，延時考慮線路重合于永久故障等情況，躲過系統電壓瞬時波動，避免此類0.4 kV站用電失壓事件的發生。

3）將傳統的站用變低壓斷路器更換為低壓斷路器失壓脫扣重合閘裝置[6]，避免因系統電壓波動等情況導致站用電失壓。

5 結束語

通過對這一事件的處理和分析，總結了具體的處理方法，對今后處理和分析此類事件提供了參考。而針對站用電系統存在失壓的風險，本文提出針對性的改進建議，改進建議有效性已在保山供電局所轄變電站得到驗證，對提前消除事故隱患，提高變電站站用電系統運行的可靠性有較大幫助。由于保山供電局所轄變電站站用電保護和0.4 kV備自投均具備跳進線0.4 kV斷路器功能，在站用變低壓側斷路器欠壓脫扣回路所增加延時繼電器的延時時間整定問題需在今后工作中繼續研究，且延時時間整定可推廣至站用變低壓備自投延時整定值的確定上。