一起雷擊跳閘事故中電動機返送電對電網的影響分析

藍彬桓，黃宇涵，陳 鵬

(國網四川省電力公司遂寧供電公司，四川 遂寧 629000)

0 引 言

繼電保護是電力系統第一道防線，承載著切除故障、恢復供電的重要作用，其動作可靠性直接決定電網能否安全運行。然而，電力系統由集中式向分布式的演變過程對電網繼電保護控制提出嚴峻挑戰[1]，尤其是在終端110 kV系統中，在唯一電源側發生故障后，電動機返送電可能讓站內多個設備感受到暫態故障電流[2]，進而導致繼電保護裝置的不正確動作，威脅電網安全運行。下面針對一起雷擊跳閘引起的電動機返送電事故進行詳細分析。

1 事故簡述

1.1 系統運行方式

220 kV A站：110 kV兩段母線并列運行，110 kV L1線167斷路器運行于Ⅰ母；110 kV L2線168斷路器運行于Ⅱ母，對側110 kV D站155斷路器熱備用；110 kV L4線164斷路器運行于Ⅰ母；變壓器110 kV側中性點直接接地。

110 kV B站：110 kV兩段母線并列運行，110 kV L1線152斷路器運行于Ⅰ母，L1線為110 kV B站唯一進線電源點；110 kV L4線151斷路器運行于Ⅰ母；變壓器110 kV側中性點經間隙接地。

110 kV C站：110 kV L3線為用戶C站的主供電源，162斷路器運行于Ⅱ母；110 kV L4線為用戶C站的備用電源，但站內并未啟用備自投，161斷路器處于分位。

L1、L2線路部分輸電區間為同塔架設，具體電網結構如圖1所示。

圖1 系統運行方式

1.2 事故狀況及保護動作報告

2020年7月24日06：29：18左右，A站側L1線167斷路器、L2線168斷路器保護跳閘，B站側L1線152斷路器保護跳閘，同時1號主變壓器間隙被擊穿。L2線D側155斷路器本身處于分位，保護未動作。各站動作報文詳見表1。

經巡視后發現在L1線9號塔上相、L2線10號塔上相(同塔)絕緣鋼帽均存在明顯雷擊痕跡，判斷為雷擊引起的跳閘事故，由表1可知，L1線167斷路器動作后重合成功，但由于終端B站152斷路器動作后未重合，導致B站全站停電。

表1 各站動作報文

2 事件原因分析

2.1 保護動作分析

1)調取L2線A站側線路保護故障波形如圖2所示，由圖可知，A站側母線A、B相電壓下降，電流增加，并產生零序電壓、零序電流，A、B相測量阻抗明顯低于C相，推斷為A、B兩相接地故障。D站側斷路器處于分位，因此差動電流等于制動電流，達到式(1)動作條件，差動保護動作正確[3]。

圖2 220 kV A站L2線故障錄波

(1)

式中：IdΦ為相差動電流；IrΦ為相制動電流；Idset為差動電流整定定值。

2)調取L1線兩側線路保護故障波形對比如圖3所示，圖中標識1代表A站側電氣量，標識2代表B站側電氣量。由圖可知，故障時兩側B相電壓同時下降，兩側B相電流增加且同相位，A、C相位相反，由此推斷L1線發生區內B相故障。隨后，B站側152斷路器先一步切除故障，電壓恢復，故障電流消失，約一個周波后A站側167斷路器動作，母線電壓隨即恢復。

圖3 L1線兩側故障波形對比

A站側B相測量阻抗最低達到0.2 Ω，小于保護定值，L1線距離Ⅰ段動作。由于雷擊為瞬時性故障，且152斷路器先跳開，A站側167斷路器滿足檢母線有壓線路無壓條件重合成功，綜合判斷A站側保護裝置正確動作。

3)L1線作為110 kV B站的唯一進線電源，在電源側發生故障后，B站應無法向L1線提供故障電流。但根據動作報文和錄波分析，B站側L1線B相存在明顯故障電流，B站側故障測距阻抗為0.13 Ω落于定值動作區間，從而導致距離Ⅰ段保護動作，L1線152斷路器未投重合閘，從而導致L1線在瞬時故障后重合失敗，將具體分析故障電流來源。

將L1線、L3線故障電流波形進行對比，如圖4所示，其中標識1代表L3線電氣量，標識2代表L1線電氣量。由圖可知，兩條線路電流幅值、相位接近一致，具體存在差異是因為接地點的零序電源向L1線提供零序電流。

圖4 L1、L3線故障電流波形

由圖5可知，故障發生前頻率為49.972 Hz，電壓二次值約為60 V，故障切除后，母線電壓、母線頻率持續下降?？紤]為故障切除后，C站的大電動機負荷可以視為暫態小電源向母線反送電，但受到負荷制動作用，其轉速越來越低，輸出電壓下降，符合大電動機反送電的特征[4]。由此，可以推斷出C站電動機反送電是導致B站152斷路器動作的根本原因。

圖5 B站母線電壓及頻率波形

4)本次故障由雷電直擊桿塔引起，事故過程中線路避雷器未能防止雷電波侵入變電站B，之后B站1號主變壓器間隙率先被擊穿。B站內兩臺主變壓器電流波形如圖6所示。由圖可知，在故障時1號主變壓器間隙流過穩定電流，代表此時間隙已被擊穿，雷電過電壓波通過1號主變壓器間隙被導入地，因此2號主變壓器間隙未被擊穿。此時局部電網系統出現A站主變壓器中壓側接地、B站1號主變壓器接地兩個接地點，故障點零序電源以這兩個接地點構成回路，三相中流過同相電流。因此在B站1號主變壓器中三相電流基本同相，呈現典型零序特征。綜上所述，1號主變壓器間隙被擊穿后形成接地點，防止了雷電波對變壓器的損壞，主變壓器間隙動作行為正確[5]。

圖6 兩臺主變壓器電流波形

3 結 論

該事故因雷電直擊桿塔導致L2線發生A、B相接地短路故障，該線路兩側差流滿足差動保護條件，保護正確動作跳開168斷路器；同時，同塔L1線發生B相接地短路故障，A站側距離保護I段動作，1.5 s后重合閘正確動作，而由于大電動機返送電讓B站L1線距離保護感受到故障電流，跳開152斷路器，因此L1線重合失敗。此外，雷電波沿L1線侵入B站導致1號主變壓器間隙被擊穿，主變壓器電流呈典型零序特征。針對本事故中發現的問題和隱患，特提出以下幾點建議：

1)終端110 kV變電站在來電側故障時，大電動機返送電可能會為故障點提供故障電流，影響瞬時性故障線路成功重合。建議電網單位加強對用戶站負荷的分析管控，并針對性進行合理保護配置，避免因用戶負荷特性影響電網安全運行。

2)若線路避雷器不能發揮作用，雷電波侵入變電站后若未擊穿間隙且電壓較高，則存在主變壓器間隙保護動作跳三側的可能，延誤后續恢復送電進度。建議定期檢查線路避雷器可靠性，降低電網運行風險。

3)L1線發生區內故障時，若A站側斷路器先跳閘，則會導致B站失去接地點運行，單相接地故障時零序電壓理論值可能達300 V[2]，導致零序過壓保護動作，跳主變壓器各側斷路器，延誤后續恢復送電進度。建議在終端110 kV系統中將光纖差動保護設為主保護，區內故障時同時跳開兩側斷路器，防止110 kV系統中性點失地后經線路側接地點運行。

下一步，將詳細量化分析電動機返送電的暫態特性，求解大電動機負荷的動態響應特性。