對110 kV變電站負序電壓動作分析

李小力

（東部機場集團南京祿口機場，江蘇 南京 210006）

0 引 言

某機場110 kV變電站投用以來，其上位機有時會發出報警信息，內容為負序電壓動作。此時，下級10 kV配電房的值班人員會打電話過來詢問110 kV變電站是否有故障。這是因為其管轄的設備有不正常現象，懷疑是電源故障引起[1]。正常啟動工作的電梯、扶梯以及步道等設備會突然停止運行，導致旅客失去平衡，跌倒造成傷害。橋載電源正在給飛機充電，如果此時飛機正在進行數據傳輸中，突然斷電，飛機數據會丟失。如果電梯等設備和橋載電源突然停止運行，則需要到本地進行復位操作后，設備才能正常啟動運行，導致120多臺電梯、扶梯以及步道等設備和60多架橋載電源受到影響。

1 數據梳理

從110 kV變電站的監控機調取報警記錄并結合值班日志分析如下，從2014-04-05開始到2018-04-04，共報警50 600條。其中低電壓報警44條，欠壓報警120條，負序電壓動作報警116條。去除正常的倒閘操作開關和電氣實驗帶來的非正常報警，剩下共196條有效記錄。如果按天來統計，這些有效記錄發生在42天里。其中負序電壓報警有25天受到影響。欠壓報警有29天受到影響。低電壓報警有4天受到影響。負序電壓動作和欠壓共有12天重合。

為了分析負序電壓動作和供電不正常現象之間的關聯性，對記錄數據進行匯總分析如表1所示。

一般來說，負序電壓報警和欠壓報警會同時發生，因為它們都是反映電壓的波動。110 kV變電站監控機中負序電壓動作報警信號有效報警共25次，其中有13次欠壓沒有報警，占負序電壓報警52%。

2 報警信號分析

負序電壓動作報警和欠壓報警信號內容、范圍以及側重點不同[2]。負序電壓動作報警主要反映三相電壓中相電壓的平衡情況，欠壓報警信號主要反映相電壓或者線電壓的高低情況。兩者的信號采集器安裝的位置不一樣，其中欠壓報警裝置安裝在二次設備保護室的交流屏上。報警信號取自400 V接地變出線電壓信號線上，因為有10 kV系統電網的的電抗效應，從信號的產生到報警的發出傳遞速度比較慢[3]。負序電壓動作的取樣信號取自系統的110 kV的電壓互感器上。如果在110 kV系統三相電壓中，線電壓超過正負6%，監控機上的負序電壓動作信號就會報警。而欠電壓報警信號是取自接地變400 V信號的相電壓上。以220 V電壓為基準電壓，低于220 V的10%即198 V時，欠電壓信號就會報警。負序電壓動作信號和欠電壓報警信號兩者的閥值不一樣，所以會出現負序電壓報警的同時沒有欠壓信號報警[4]。

負序電壓報警采集點和低電壓信號采集點安裝位置示意如圖1所示。

圖1 負序電壓報警采集點和低電壓信號采集點安裝位置示意圖

110 kV變電站監控機中有效的欠電壓報警信號共29次，其中報欠電壓報警信號的同時沒有報負序電壓動作信號一共有15次，占欠電壓報警信號的52%。這兩個報警裝置的取樣信號位置不在一起，各個報警信息功能和范圍不同。二者既有能同時報，也會分別發出，這符合繼電保護的選擇性原理。

低電壓報警信號的發出是由于低電壓報警信號裝置取樣信號在110 kV母線的電壓互感器上。當低于線路電壓30%時，低電壓報警信號就會發出。每次報低電壓信號時，打電話詢問供電公司，他們多承認是電網的波動所引起。當電網發生波動時，三相電壓不可能完全一致，所以每次報低電壓時都會伴隨著負序電壓動作報警。

3 推導動作報警的原因

分析負序電壓動作報警的原因，暫定為兩大類，一是由機場電網內部原因故障造成，二是由外部電網波動造成[5]。

機場電網內部原因故障包括如下兩方面。（1）由匯流排上支持瓷瓶放電、電纜接頭放電以及10 kV母線電弧放電等產生諧波，引發負序動作。110 kV主站保護室安裝兩套在線諧波監視系統，分別監視110 kV電網I段和II段諧波分量。經查閱歷史記錄后，最近的諧波記錄是2014年的。2015ü2018年沒有諧波分量記錄（2014年的諧波記錄應該是設備安裝測試信號產生的記錄）。根據記錄排除各種電弧放電產生諧波干擾這個可能。（2）由變頻設備和LED照明設備引發諧波分量所引起的電網波形畸變，從而產生負序電壓動作。經分析這種可能性基本可以排除，原因如下：變電站的設備沒有監控到電源波形的畸變；變頻設備和LED照明設備每天都在使用，而引發電梯等設備運行異常的情況是偶爾發生的故障，不是每天都在發生，2017年發生6次，按天統計占全年的1.6%。故障不算多；變頻設備和LED照明設備引發的干擾能量小，傳播范圍有限，機場10 kV電網是個大系統，單臺主變有40 000 kV·A的容量，二次電流為2 000 A左右。每次電梯等設備停運故障，110 kV主站都可以監控到。監控電腦上報負序電壓動作信號告警和欠電壓動作信號告警，或者同時兩個信號都上報。從故障點到110 kV變電站路徑比較遠，報警信息在110 kV變電站的監控機上可以接收到。這說明故障信號能量非常大，傳輸距離也比較遠。變頻設備和LED照明設備引發的干擾能量比較小，傳輸范圍較近，不太可能引起110 kV變電站電網電壓電流的波動[6]。

查閱變電站值班記錄、電話記錄和監控機報警得到表2。

表2 報警匯總表

變電站技術人員和供電公司調度員確認，明確7次是電網波動，引起6次電梯運行受到影響，還有5次沒有得到供電公司的確認。分析其原因為：變電站上位機的時鐘沒有同步到北京時間，造成記錄和供電公司有出入；400 V用戶的電氣設備沒有瞬間失壓記錄，登記時間是事后人工補登，也造成時間的差異。下一步可在110 kV變電站安裝電網波動檢測設備，來監控電網供電質量。

4 電梯需要復位的原因

機場T2的電梯安裝于2014年，國家對新安裝的特種設備啟用了新的規范。要求新安裝的電梯（扶梯和步道等）都要安裝相序保護器等保護裝置。通過閱覽相序保護器等保護裝置的技術資料，用繼電保護儀給這些保護裝置做實驗得出這些保護裝置有兩個保護功能，一個是保護相序的正確性，二是缺相保護。當二者之一發生異常時，保護裝置的繼電器就會動作，動作時間小于300 ms。由于電網的波動，機場400 V電網系統的分段開關自投時間都大于1 s。該時間是根據系統的分布參數、線路長度、線路保護范圍等由技術人員計算得出，再把這個時間寫入開關保護出口的定時器里[7]。因此在分段開關沒有先動作情況下，相序保護器等裝置就已經動作，電梯等設備停止運行[8]。由于電梯等特種設備沒有自動復位功能，只能人員到現場去逐個的人工復位，設備才能再次正常運行。

5 結 論

綜上分析認為故障是由外部電網波動造成的。由于外部電網波動造成機場110 kV系統電網的瞬間失壓引發機場10 kV電網系統瞬間失壓，或者造成電網的三相電壓不對稱性。從而引發特種設備保護裝置動作和110 kV變電站其上位機發出負序動作報警或者欠電壓報警。