一起數(shù)字化變電所全所失電的故障分析

摘要：文章簡(jiǎn)單介紹了變電所全停的故障情況，通過(guò)故障現(xiàn)象，分析了導(dǎo)致故障的原因，并就故障所遺留下來(lái)的問(wèn)題做了后續(xù)處理，最后暴露出數(shù)字化設(shè)備和保護(hù)裝置所存在的一系列問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；變電所；全所失電；故障分析；保護(hù)裝置

中圖分類號(hào)：TM451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2012）27-0102-03

1 故障情況簡(jiǎn)介

2010年9月8日，監(jiān)控中心報(bào)：13∶44清河變110kV清南715開關(guān)動(dòng)作跳閘，14∶00操作班報(bào)城南變?nèi)щ姡?5kV開關(guān)室有煙。14∶25分檢修中心人員到現(xiàn)場(chǎng)，初步檢查發(fā)現(xiàn)：35kV開關(guān)室302CT燒毀，#1、#2主變和10kV開關(guān)室外觀無(wú)異常，蓄電池?zé)o直流輸出，所有保護(hù)、自動(dòng)化裝置都掉電。待10kV臨時(shí)從外部倒送電并送上所用電后，將直流電源恢復(fù)，然后查看所有保護(hù)裝置均無(wú)動(dòng)作信息，后臺(tái)機(jī)上也查不到任何保護(hù)動(dòng)作或告警信息。

到清河變調(diào)取保護(hù)動(dòng)作信息：715保護(hù)距離三段永跳出口。

從open 3000調(diào)取報(bào)文如下：

清河變 13∶44∶24 清南715保護(hù)動(dòng)作

清河變 13∶44∶24 清南715開關(guān)分閘

城南變 13∶45∶09 城南變101工況退出（注：101是站內(nèi)通訊）

城南變 13∶45∶34 城南變104工況退出（注：104是站外通訊）

注：保護(hù)動(dòng)作時(shí)間是瞬時(shí)的，工況退出是有延時(shí)的，時(shí)間一般在30秒內(nèi)。

查看城南變直流系統(tǒng)控制裝置信息：13∶44∶45直流失電告警。

2 故障原因分析

將故障隔離后，檢修中心迅速聯(lián)系設(shè)備廠家來(lái)現(xiàn)場(chǎng)參加事故分析處理。同時(shí)對(duì)主變、35kV開關(guān)室進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)：35kV室內(nèi)302開關(guān)柜內(nèi)CT A相燒壞，B、C兩相被燒損，開關(guān)斷路器靜觸頭燒壞。初步分析是由于CT A相長(zhǎng)期運(yùn)行絕緣下降，發(fā)生單相接地后發(fā)展為三相短路。

對(duì)蓄電池做充放電試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)#10電池開路。

根據(jù)初步的分析，如果302開關(guān)柜內(nèi)CT發(fā)生三相短路，在不清楚具體短路點(diǎn)位置的情況下，應(yīng)該是由主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作或由主變中后備保護(hù)動(dòng)作將故障點(diǎn)切除。但是現(xiàn)場(chǎng)情況是由清河變側(cè)715保護(hù)動(dòng)作三段永跳，且城南變110kV備自投未動(dòng)。針對(duì)城南變保護(hù)裝置未動(dòng)及全所失電的原因進(jìn)行了如下分析：

2.1 對(duì)城南變主變保護(hù)裝置未動(dòng)作原因分析

現(xiàn)場(chǎng)檢查一次設(shè)備，發(fā)現(xiàn)302開關(guān)下樁頭至CT連接處燒傷嚴(yán)重，可肯定故障點(diǎn)應(yīng)該在302開關(guān)與CT之間，而這段故障是在差動(dòng)保護(hù)范圍外，中后備保護(hù)范圍內(nèi)，因此差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。

該302開關(guān)CT為電子式互感器，二次繞組有三組，兩組保護(hù)用（差動(dòng)和后備），一組測(cè)量用，保護(hù)用二次繞組采用羅氏線圈原理，輸出為0.15～1.5V低電壓。對(duì)302三相CT進(jìn)行了檢查試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三相CT的后備保護(hù)繞組直流電阻均為無(wú)窮大，可能在三相短路故障瞬間CT燒毀的同時(shí)二次線圈繞組也燒毀，造成35kV后備保護(hù)無(wú)法采到故障電流，故35kV后備保護(hù)不能動(dòng)作。

在差動(dòng)和中壓側(cè)后備保護(hù)都沒有動(dòng)作切除故障的情況下，本應(yīng)由110kV后備保護(hù)應(yīng)該動(dòng)作切除故障（110kV后備時(shí)間為1.2秒，清南715距離三段時(shí)間為2.2秒），但檢查高后備保護(hù)裝置時(shí)發(fā)現(xiàn)后備過(guò)流保護(hù)采用復(fù)合電壓閉鎖，且三側(cè)的后備保護(hù)均采用本側(cè)電壓，也就是高后備保護(hù)的復(fù)壓取的是110kV側(cè)電壓，低電壓定值60V，負(fù)序電壓定值為6V開放保護(hù)。查看清河變715動(dòng)作故障錄波圖（見圖1），可以看出該故障對(duì)110kV電壓系統(tǒng)影響不是太大，三相電壓下降幅值幾乎相等，負(fù)序電壓不能開放，三相電壓下降幅度在15%左右，低電壓也不能開放，因此110kV后備保護(hù)被閉鎖不能動(dòng)作，只有清河變715保護(hù)跳閘切除故障。

2.2 對(duì)直流系統(tǒng)故障的原因分析

城南變直流系統(tǒng)采用18節(jié)12V、100Ah電池。

9月8日當(dāng)晚對(duì)改組蓄電池進(jìn)行容量測(cè)試。利用直流屏自帶的放電設(shè)備進(jìn)行放電測(cè)試，剛一開始放電，系統(tǒng)立即切換到均充模式，未能監(jiān)測(cè)到電池電壓變化。于是斷開蓄電池組，采用蓄電池綜合測(cè)試儀，對(duì)電池組進(jìn)行放電測(cè)試，未能放出容量。測(cè)試后對(duì)電池組單節(jié)電池電壓測(cè)量，查看直流監(jiān)控系統(tǒng)，#10電池電壓20.47V（該值為12V蓄電池模塊采集的最高顯示電壓），用萬(wàn)用表測(cè)量#10兩端電壓226V，其余電池電壓均正常。測(cè)試結(jié)束后，合上蓄電池開關(guān)，充放電電流表顯示電流為0A。通過(guò)以上諸多現(xiàn)象，判斷由于#10電池開路，才導(dǎo)致直流無(wú)法輸出的故障。

2.3 對(duì)失電的原因分析

通過(guò)對(duì)清河變715保護(hù)故障錄波圖（圖1）分析：110kV一次故障電流約為1800A，由于故障點(diǎn)在主變35kV側(cè)出口處，因此110kV側(cè)電壓會(huì)有所下降，但是主變阻抗較大（約為45Ω），所以下降幅度不會(huì)太大（從錄波圖上也可以看出約下降15%），而且我們又查看了在同一時(shí)間點(diǎn)上跟715一樣由清河變110kV正母供電的東郊變、北郊變均沒有所用電切換的信息，城南變之前方式是10kV分裂運(yùn)行，#1所用電主供，故障點(diǎn)在#2段上，因此我們判斷由于110kV正母電壓降低而造成所用變切換時(shí)交流電壓短時(shí)間斷電，而此時(shí)直流系統(tǒng)由高頻逆變電源供電改為蓄電池供電的可能性幾乎不存在。主要原因是由于高頻逆變電源在定值設(shè)定的時(shí)候有工作電壓允許范圍，當(dāng)302故障后，10kV電壓下降，接地變提供給高頻逆變電源的交流電壓降低，不在工作電壓允許范圍內(nèi)，從而使直流系統(tǒng)由高頻逆變電源供電改為蓄電池供電，而蓄電池#10電池開路，導(dǎo)致不能正常釋放容量，造成城南變?nèi)щ姡Ｗo(hù)拒動(dòng)，致使清河變715線路保護(hù)動(dòng)作。

2.4 對(duì)城南變保護(hù)裝置沒有信息記錄的原因分析

從城南變302CT燒毀故障發(fā)生到清河變715線路后備保護(hù)動(dòng)作切除故障，城南變?nèi)＃瑫r(shí)間共計(jì)2.2秒左右。城南變?nèi)＃秒娛щ姡绷飨到y(tǒng)因一只蓄電池的故障導(dǎo)致直流系統(tǒng)整體無(wú)直流電壓輸出，所有保護(hù)測(cè)控及通訊裝置失電也是在故障發(fā)生的2.2秒后。經(jīng)廠家研發(fā)人員查詢核實(shí)，保護(hù)裝置設(shè)置的信息記錄的最低時(shí)間是3.1秒，也就是保護(hù)裝置的所有信息在信息產(chǎn)生3.1秒后才能被完整記錄，而此次故障發(fā)生2.2秒后裝置即已斷電，因此所有啟動(dòng)、通訊等信息都沒有能夠來(lái)得及保存。

3 恢復(fù)送電前的項(xiàng)目檢查

為了盡快恢復(fù)電網(wǎng)的正常運(yùn)行，根據(jù)調(diào)整后運(yùn)方，#2主變不帶35kVⅡ母運(yùn)行，在投運(yùn)前做了如下檢查：

由于#2主變302開關(guān)CT被燒壞，為了防止沖擊電流過(guò)大，對(duì)中、低壓側(cè)CT的影響，對(duì)高低壓側(cè)的采集卡進(jìn)行了檢查。對(duì)302、102從采集卡處加小電壓信號(hào)，通過(guò)合并器單元查看采樣，同時(shí)廠家通過(guò)網(wǎng)口下載裝置波形查看采樣波形的變化，發(fā)現(xiàn)10kV102的CT采集卡零漂很大，影響正常采樣，35kV302未發(fā)生異常。

由于302開關(guān)柜CT燒壞，為了避免通道不通而導(dǎo)致合并器告警，我們短接采集卡輸入端，但通過(guò)網(wǎng)口下載裝置波形發(fā)現(xiàn)有很大的直流分量出現(xiàn)，會(huì)影響裝置的正常工作。隨后與廠家商量通過(guò)封合并器中壓側(cè)采集回路，來(lái)解決電網(wǎng)不帶35kVⅡ母運(yùn)行的方式。

由于主變高壓側(cè)后備保護(hù)只經(jīng)本側(cè)閉鎖，因此為避免再次發(fā)生此類故障，將#1及#2主變高復(fù)壓閉鎖控制字退出，待廠家更新版本。

4 數(shù)字化設(shè)備和保護(hù)測(cè)控裝置暴露問(wèn)題

主變后備保護(hù)裝置的復(fù)合電壓閉鎖邏輯存在缺陷，每一側(cè)的后備保護(hù)復(fù)壓閉鎖只能取本側(cè)電壓，而不能取另外兩側(cè)，因此在主變中、低壓側(cè)故障時(shí)可能造成高壓側(cè)后備保護(hù)復(fù)壓閉鎖元件的靈敏度不夠，而閉鎖高后備保護(hù)，導(dǎo)致保護(hù)越級(jí)動(dòng)作。

保護(hù)裝置的信息記錄存在缺陷，保護(hù)內(nèi)部設(shè)置的信息記錄的最低時(shí)間3.1秒太長(zhǎng)，一般保護(hù)裝置的信息記錄時(shí)間應(yīng)在1秒鐘之內(nèi)。

保護(hù)裝置的啟動(dòng)元件存在缺陷，只有過(guò)量和欠量啟動(dòng)元件，如過(guò)電流、低電壓等，而沒有變化量啟動(dòng)元件。在某些不嚴(yán)重故障（如高阻接地等）時(shí)，過(guò)量和欠量啟動(dòng)元件的靈敏度往往不能滿足要求，必須通過(guò)變化量啟動(dòng)元件來(lái)彌補(bǔ)不足。另外，在啟動(dòng)元件動(dòng)作，保護(hù)元件未動(dòng)作的情況下，裝置也應(yīng)能實(shí)時(shí)記錄相關(guān)的啟動(dòng)信息，也便能對(duì)系統(tǒng)上其他故障原因的分析提供參考信息。

電子式互感器的主絕緣存在缺陷，兩次澆鑄成型，在帶電運(yùn)行一段時(shí)間后內(nèi)部就會(huì)有氣隙產(chǎn)生，局部放電，長(zhǎng)期運(yùn)行很難承受系統(tǒng)過(guò)電壓，城南變數(shù)字化改造以來(lái)一年多的時(shí)間里，CT一次絕緣燒壞的情況已發(fā)生兩次。

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作者簡(jiǎn)介：蘆葦（1986-），男，江蘇淮安人，江蘇省電力公司淮安供電公司檢修試驗(yàn)工區(qū)助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。

（責(zé)任編輯：文 森）