站用電源系統(tǒng)配合存在風(fēng)險點分析與管控措施

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

站用電源系統(tǒng)配合存在風(fēng)險點分析與管控措施

侯 捷 盧正飛 歐陽力

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

變電站站用交流電源系統(tǒng)（以下簡稱站用電）是指由站用變壓器電源、站用變壓器、380V低壓配電屏、保護(hù)測控、交流供電網(wǎng)絡(luò)組成的系統(tǒng)，為直流逆變、變壓器冷卻裝置、動力機(jī)具、空調(diào)等生產(chǎn)與生活設(shè)備提供可靠的交流電源。變電站站用電能否安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，不但直接關(guān)系到站內(nèi)用電的暢通，而且涉及到電力系統(tǒng)能否正常運(yùn)行。但由于前期站用電源設(shè)計缺乏規(guī)范，站用電系統(tǒng)的繼電保護(hù)配合問題沒有引起足夠重視，給站用交流電源系統(tǒng)運(yùn)行管理工作帶來較多的危險點。因此合理規(guī)范站用電系統(tǒng)各級保護(hù)定值配合，通過正確的切除故障或盡可能的縮小事故范圍，對供電的可靠性控和不間斷有現(xiàn)實需求意義和必要性。

站用；電源系統(tǒng)；風(fēng)險；管控

1 站用系統(tǒng)保護(hù)特性不同上下級配合困難的風(fēng)險與管控措施

1.1 風(fēng)險點一：站用電系統(tǒng)380V低壓空氣開關(guān)一般配置瞬時、長延時、短延時保護(hù)，特性多為反時限，站用變高壓側(cè)保護(hù)為定時限保護(hù)，兩者之間不能實現(xiàn)級差配合。

1.1.1 風(fēng)險分析

當(dāng)變低380V側(cè)發(fā)生各類型故障，站用變過流和低壓零序保護(hù)均能感受到故障量，且感受的故障量的大小均大于等于站用電進(jìn)線開關(guān)保護(hù)所感受的，導(dǎo)致站用變過流Ⅱ和低壓零序保護(hù)越級動作，站用變跳閘。

以站用電額定容量S=400kVA，額定電流為23.1A/577.4A，短路電壓百分比Ud=4%，接線方式為△/Yo-11，不考慮系統(tǒng)阻抗和電纜阻抗。

1.1.2 管控措施

站用電智能型進(jìn)線監(jiān)控模塊擴(kuò)展定時限過流保護(hù)、定時限零序過流保護(hù)；對于傳統(tǒng)型的站用交流系統(tǒng)，加裝過流和零序保護(hù)（繼電器），該保護(hù)定值應(yīng)與站用變過流II段和站用變低壓零序保護(hù)配合，使380V側(cè)故障嚴(yán)格、有效地控制在站用電進(jìn)線開關(guān)，杜絕站用變越級跳閘和380V單一故障，全站交流系統(tǒng)失壓。

1.2 風(fēng)險點二：站用電380V各級空氣開關(guān)設(shè)置不合理

1.2.1 風(fēng)險分析

站用電380V各級空氣開關(guān)設(shè)置不合理，不能有選擇性地隔離故障。上級保護(hù)越級動作，造成停電范圍的擴(kuò)大。

1.2.2 管控措施

因時間級差所限，不考慮分支饋線開關(guān)以后的第三、第四級的配合關(guān)系，失配點設(shè)在第三級，第三級的靈敏度應(yīng)大于分支饋線開關(guān)，跳閘時間整定為零秒。（考慮到第四級開關(guān)帶用電設(shè)備，是故障多發(fā)點，而從變低到第四級開關(guān)之前，故障發(fā)生幾率低，因此另一種方案是將第二級、第三級開關(guān)的跳閘時間都設(shè)為0.3秒，第四級設(shè)為0秒。）

1.3 風(fēng)險點三：站用變高低壓側(cè)保護(hù)配置差異存在的整定風(fēng)險

1.3.1 風(fēng)險分析

（1）低壓側(cè)過流只投了一段，按照與變高過流二段進(jìn)行配合。

當(dāng)故障電流值處于高壓側(cè)過流三段定值與過流二段定值之間時，低壓側(cè)保護(hù)都不動作，高壓側(cè)過流三段動作，造成越級跳閘。

（2）高壓側(cè)只有一帶延時過流段，低壓側(cè)配合。

高壓側(cè)帶延時的過流段一般按保變低有靈敏度整定，時間取0.9秒。變低過流保護(hù)可取一段，與高壓側(cè)按配合系數(shù)1.1整定，時間取0.6秒。但如果高壓側(cè)因受CT變比限制造成定值過大， 變低過流保護(hù)按照與其配合造成躲不過消防水泵啟動電流，或者對變低故障靈敏度不足等情況。

1.3.2 管控措施

（1）對于低壓側(cè)外加的保護(hù)只有一段的，可以把變低進(jìn)線總開關(guān)本身自帶的一段短延時保護(hù)也投入；至于變低總開關(guān)自帶保護(hù)、外加的保護(hù)與變高哪個過流段配合整定，需要視乎兩個保護(hù)的技術(shù)特性綜合考慮決定。

（2）對于IP-03此類微機(jī)型裝置具有兩段過流保護(hù)的，都投入，分別與高壓側(cè)過流二、三段配合整定。

（3）當(dāng)高壓側(cè)只有一段延時過流，此時變低過流定值應(yīng)綜合考慮三點：①與變高定值配合；②躲消防水泵；③對變低故障有靈敏度。盡可能三者均滿足。如果一個過流段無法滿足三者，可考慮設(shè)置兩個過流段。高定值、短延時的過流段按切除短路故障整定，低定值、長延時的過流段按躲消防水泵、負(fù)荷電流整定。

2 站用系統(tǒng)零序保護(hù)配合存在風(fēng)險與管控措施

2.1 風(fēng)險點一：站用電檢測模塊的零序保護(hù)不能真正反應(yīng)實際電流的風(fēng)險

2.1.1 風(fēng)險分析

網(wǎng)內(nèi)變電站站用變低壓側(cè)中性點一般都裝設(shè)零序CT，其二次電流回路接入站用變高壓側(cè)保護(hù)裝置，作為低壓側(cè)發(fā)生接地故障的后備保護(hù)。但近年來在低壓配電柜加裝的零序保護(hù)模塊,模塊檢測剩余電流IA+IB+IC+IN,即漏電保護(hù)原理，這種接線方式存在問題如圖2所示，圖1給出了正確的接線方式。

由圖1可知，該接線方式既反映接地故障時的故障電流，也反映相線-零線（N線）短路時的故障電流。正常時流過CT的電流是三相不平衡電流，因此在整定上需要躲開最大三相不平衡電流。下面分析錯誤接線方式下，發(fā)生單相接地故障時的零序電流分布情況。

帶兩個站用變壓器的站用電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可等效為圖3所示。如圖3所示，當(dāng)#1站用變的出線發(fā)生接地時，由于中性線N兩點接地，接地電流I0會產(chǎn)生分流，這樣流過#1站用變的中性點零序CT的電流將不是接地電流，而是I01，變小了。與此同時，#2站用變的中性點零序CT也會有電流流過，大小為I02。因此，若按上圖接線方式，會出現(xiàn)兩臺站用變都跳閘，或都不跳閘的情況。

2.1.2 管控措施

將零序保護(hù)模塊接線改接，使其檢測三相電流的矢量和，即零序電流3I0=IA+IB+IC。該接線方式反映接地故障、相線對零線短路，正常時流過接地電流檢測回路的電流是三相不平衡電流。

2.2 風(fēng)險點二：站用變過流保護(hù)和變低零序保護(hù)動作后均不閉鎖380V備自投，帶故障備投至另一臺站用變，造成兩臺站用變失壓，擴(kuò)大事故范圍。

2.2.1 風(fēng)險分析

站用變低壓零序保護(hù)動作后不閉鎖380V備自投，當(dāng)380V單一接地故障時，因老站的站用電進(jìn)線開關(guān)未配置零序保護(hù)（或漏電保護(hù)），站用變低壓零序保護(hù)動作，跳站用變開關(guān)，因不閉鎖380V備自投，380V備自投動作，將故障引入另一臺站用變，造成兩臺站用變跳閘，全站交流系統(tǒng)失壓。

2.2.2 管控措施

圖1 站用變低壓側(cè)中性點零序CT正確接線方式

圖2 站用變低壓側(cè)中性點零序CT錯誤接線方式

站用電智能型進(jìn)線監(jiān)控模塊升級零序保護(hù)功能，站用電進(jìn)線零序保護(hù)動作閉鎖380V備自投。

2.2.3 案例分析

2012年110kV某變電站發(fā)生饋線支路ABC相間短路,饋線開關(guān)不跳閘,站用交流進(jìn)線開關(guān)不跳閘,站變過流保護(hù)越級動作, 不閉鎖380V備自投動作切換，造成全站站用交流電源失電。

事故原因：

（1）開關(guān)在ABC相間短路故障后熱磁保護(hù)動作曲線與站變保護(hù)沒有配合，無法及時隔離故障；

（2）站變過流保護(hù)越級動作跳閘后，380V備自投切換擴(kuò)大了事故范圍。

2.3 風(fēng)險點三：站用變高壓零序和低壓零序保護(hù)缺失。

2.3.1 風(fēng)險分析

某些站沒有站用變變高壓零序CT和低壓零序CT以及相關(guān)二次電纜，如380V側(cè)發(fā)生接地故障，存在站用變過流II段保護(hù)動作的風(fēng)險。

2.3.2 管控措施

增加使站用變具備高壓零序保護(hù)和低壓零序保護(hù)功能。

2.4 風(fēng)險點四：配電屏零序電流保護(hù)繼電器設(shè)計存在風(fēng)險

2.4.1 風(fēng)險分析

配電屏零序電流保護(hù)繼電器工作電源采用其自身饋線交流電源，當(dāng)工作電源剛好與接地故障相同相時，接地故障發(fā)生會使交流電壓會降低，從而影響到零序繼電器的動作，甚至拒動。

2.4.2 風(fēng)險分析

將配電屏零序電流保護(hù)繼電器工作電源改為采用直流電源。

3 站用系統(tǒng)設(shè)計與消防水泵啟動配合存在風(fēng)險與管控措施

3.1 風(fēng)險點一：站用變?nèi)萘科?/p>

3.1.1 風(fēng)險分析

消防水泵一般采用異步電動機(jī)，其起動電流一般為7～8倍額定電流，且起動時間較長。如消防水泵電機(jī)功率與站用變?nèi)萘坎黄ヅ?，站用變過流II段（按躲開站用變最大負(fù)荷電流整定）無法從定值或時間上躲過消防水泵啟動電流。在對做主變水噴霧或發(fā)生火災(zāi)，消防水泵啟動時，存在站用變開關(guān)跳閘的風(fēng)險。

按《南方電網(wǎng)10kV～110kV系統(tǒng)繼電保護(hù)整定計算規(guī)程》，站用變過流II段最大只能整定2.1 Ie1，上下級配合系數(shù)取1.1，站用電過流保護(hù)最大1.9Ie1；消防水泵啟動電流10Ie2計算（取7 Ie2，可靠系數(shù)取1.5），粗略計算，站用變?nèi)萘颗c水泵主電機(jī)功率比≤10/1.9=5.3時，過流II段定值均不能躲過消防水泵啟動電流。

3.1.2 管控措施

在變電站的設(shè)計階段，應(yīng)充分考慮像消防水泵異步電動機(jī)此類用電設(shè)備的特殊性，盡量選擇容量較大的站用變，以滿足站用電整體負(fù)荷水平要求。若變電站內(nèi)存在多臺消防水泵，則在其自動啟動回路的設(shè)計上和使用消防水泵時應(yīng)盡量避免同時啟動多臺消防水泵。兩臺消防水泵啟動的相隔時間不宜低于30秒，以避免造成啟動電流過大導(dǎo)致站用變過流保護(hù)跳閘。

3.1.3 案例分析

2013年某站#2主變檢修停電，運(yùn)行人員對#2主變消防噴水設(shè)備進(jìn)行噴水檢查。當(dāng)運(yùn)行人員啟動消防泵后，#2站用變變高開關(guān)ST1隨即跳閘，大約13秒后，#1站用變變高開關(guān)ST1也跳閘。

消防水泵接入兩路交流工作電源，兩路工作電源分別引自#1站用變和#2站用變。兩路工作電源通過自動切換裝置進(jìn)行自動切換，當(dāng)自動切換裝置切在“自動”位置時，若一路工作電源失去，自動裝置經(jīng)延時后會自動切換至另一路工作電源；當(dāng)自動切換裝置切在“手工”位置時，則固定由選定的一路電源供電，失電后不能實現(xiàn)自動切換。

事件發(fā)生當(dāng)天，該站消防水泵雙電源自動切換裝置切在“自動”位置，選擇由第二路工作電源供電（來自#2站用變）。該消防水泵為三相異步電動機(jī)，額定功率為110kW，額定電流為166A。異步電動機(jī)因其電氣特性，啟動階段的電流會大于額定電流，一般可達(dá)額定電流的2至7倍，啟動持續(xù)時間約為5至20秒。該站站站用變?nèi)萘繛?15kVA，低壓側(cè)額定電流為455A，消防水泵啟動電流按4倍考慮，足以達(dá)到站用變額定電流的1.47倍（即變高過流II段定值）。

該站#1、2站站用變保護(hù)裝置保護(hù)報告記錄下的故障電流為0.04A，折算至低壓側(cè)一次值為660A，約為消防水泵額定電流為4倍，符合其啟動電流特點。#2站用變跳閘后，消防水泵第二路電源失壓，雙電源自動切換裝置經(jīng)約6秒（整定為2.4秒,但實際約為6秒），自動切換至第一路電源（由#1站用變供），消防水泵再次啟動，啟動電流達(dá)到#1站用變變高過流II段定值后，經(jīng)600ms延時，#1站用變變高開關(guān)跳閘。

3.2 風(fēng)險點二：消防水泵啟動造成過流保護(hù)動作風(fēng)險分析與管控措施

3.2.1 風(fēng)險分析

按照規(guī)程規(guī)定，站用變變高延時段過流保護(hù)按照躲站用變額定負(fù)荷電流整定，并對站用變低壓側(cè)故障有不小于1.5的靈敏系數(shù)，定值整定未考慮消防水泵啟動的影響，會造成消防水泵啟動時，過流保護(hù)動作跳閘。

3.2.2 管控措施

圖3 錯誤接線方式下的故障電流分析

（1）變電站運(yùn)行人員人工手動啟動消防水泵試驗之前，須將消防水泵電源切換把手置“手動”位置，避免造成兩臺站用變相繼跳閘。

（2）優(yōu)化整定方案：過流Ⅱ保護(hù)：可靠躲消防水泵啟動電流；保380母線靈敏系數(shù)不小于2；0.9秒跳站用變。過流Ⅲ保護(hù)：躲最大負(fù)荷電流整定（不考慮消防水泵啟動電流）；30秒跳站用變。

[1]郭亞昌，王洪峰，苗梅．?dāng)?shù)字化變電站一體化站用電源解決方案[J]．山西電力，2010（01）．

[2]陳海登．變電站智能站用交直流一體化電源系統(tǒng)的應(yīng)用[J]．農(nóng)村電工，2009，17（05）．

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