空調負荷引起多條配電線路跳閘的分析

韓 堅，朱華英

(1.國網江西省電力公司萍鄉供電分公司，江西 萍鄉 337000；2.江西省萍鄉市第六中學，江西 萍鄉 337000)

1 事故情況

2014-08-05T12:55，某變電站10 kV城北1號線過流I段跳閘；10 kV公園路1號線、公園路3號線、城中1號線、城北2號線、城中2號線、金陵1號線、公園路2號線過流II段跳閘；相關電流、有功功率、無功功率遙測量顯示為0。

現場檢查該變電站城北1號線線路刀閘炸裂，其余跳閘線路及其他一次設備無異常。

2 繼電保護動作分析

查閱繼電保護動作數據可知， 10 kV城北1號線線路刀閘炸裂后發生B，C兩相短路故障，故障一次電流為11 600 A，故障時10 kV系統B，C相電壓下降(二次電壓Ub=33 V，Uc=23 V)，線路過流保護I段動作。約0.3 s后，上述7條線路過流保護II段幾乎同時動作，且這7條線路跳閘時的三相電壓仍不平衡(A相為57.7 V、B相為56 V、C相為53 V)。

城北1號線在12:55:27:028時刻跳閘后，B，C相間短路故障已被隔離，則通常B，C相的電壓應在幾毫秒內恢復，B，C相的電流也應同時恢復正常，達到與A相相同的值。利用RTDS系統對10 kV母線的兩相短路故障切除后的電壓恢復情況進行仿真可知，在沒有負荷時，短路故障切除后兩相電壓恢復到額定值約需10 ms。

而此次10 kV線路兩相短路故障切除后的300 ms內，母線電壓B，C兩相仍未恢復至額定值(B相56 V、C相53 V，分別為額定電壓的0.97倍和0.92倍)。而B，C相電流仍大大高于A相電流，各線路的B相電流一直超過過流II段定值，從而使得保護動作跳閘。

3 事故原因分析

3.1 跳閘線路負荷分析

線路跳閘發生在夏天中午時分，天氣炎熱，氣溫很高，空調負荷上升很快。采用統計分析法比較5-8月份(統計點同樣取星期二、12:55左右)該變電站負荷電流的變化情況，可估算出故障前各線路的空調負荷約占線路負荷的60 %。

3.2 空調群負荷對電網電壓的影響

由于空調的主要動力是異步電動機，因此空調負荷與異步電動機相似，具有其特殊的無功—電壓特性。當電壓下降但并未導致空調壓縮機發生堵轉時，并不會引起電流和功率的迅速減小，空調近似以“恒功率”工況運行。但是，當電壓下降到壓縮機堵轉電壓(約0.53 p.u.)時，則會引起功率的瞬間增大；隨后隨著電壓的繼續下降，功率減小的速度也加快。當電壓降到一定程度(約0.3 p.u.)時，空調電壓將自動被切除，此時功率變為0。

當電力系統發生較嚴重故障時，則可能在負荷節點出現較大的電壓跌落；若此時空調壓縮機發生堵轉，空調群負荷將會大大加重故障的嚴重性。在空調壓縮機堵轉過程中，空調負荷的電流和功率將出現2個明顯的轉折點：一是在空調壓縮機堵轉時，二是在空調電壓跌落到壓縮機堵轉電壓與空調自動切除電壓之間時。空調壓縮機堵轉之前，功率變化較小，空調近似以“恒功率”工況運行，導致負荷電流增加，對電網穩定不利；而一旦空調壓縮機發生堵轉，負荷電流瞬時達到最大值，將導致空調功率急劇增大，對電網產生更大的沖擊。但這些都不是最嚴重的，若空調電壓跌落到壓縮機堵轉電壓與空調自動切除電壓之間，空調消耗的最大功率將會達到額定功率的4～5倍。

目前，已有學者針對空調負荷對配電網電壓穩定性的影響建立了較為精確的模型，模擬了空調群負荷很大的10 kV線路，在發生故障并切除故障后的電壓跌落期間，空調群負荷對電網的影響。故障發生過程中，母線電壓約跌落至額定值的0.3倍。故障切除后，由于空調群負荷的影響，許多空調發生堵轉效應，有功功率、無功功率瞬間增大許多倍，使電網瞬間欠缺無功功率，導致母線電壓降低，不能立即恢復至額定值；延時一段時間后，在該段時間內的空調功率、負荷電流也同時增大了許多倍。

3.3 線路誤跳原因分析

城北1號線B相隔離刀閘觸頭在大電流和高溫的作用下，持續過熱，刀閘觸頭燒斷，產生電弧，導致B相單相接地。由于B，C兩相刀閘的空間距離較近，造成B，C相間短路，引起城北1號線過流保護I段動作，操作機構大概經過50 ms后將斷路器跳開。

在斷路器跳開前的50 ms內，電壓瞬間跌落至很低(B相33 V、C相23 V，分別為額定值的0.57倍和0.39倍)，大量空調發生堵轉效應。在故障切除后的恢復過程中，有功功率大量增加，并產生大量無功功率，由于之前電流已接近過流保護II段定值，功率的增加使各線路電流進一步增大，在堵轉恢復時間超過300 m s后，達到過流保護II段啟動定值，7條線路因過流保護II段動作而相繼跳閘。大量增加的無功功率，使10 kV母線無功補償不足，引起電壓跌落，故城北1號線故障切除后的300 ms內，B，C兩相電壓仍未恢復至額定值。

4 處理對策

綜上所述，7條線路的跳閘并不是由線路自身故障導致的，而是由大量空調負荷對電壓暫降的響應造成短暫過電流引起的。根據DL/T584—2007《3 kV～110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程》4.2.6.2.1的規定，在保證保護靈敏度的前提下，適當提高過流保護II段的電流定值，可避開空調負荷引起的電流暫升。若提高電流定值仍無法躲開電流暫升，則可再適當延長保護整定時間。

1 金欣龍．空調負荷對配電網電壓穩定性的影響及控制策略[D]．長沙：湖南大學，2013.

2 王正茂．電機學[M]．陜西：西安交大出版社，2000.

3 電力行業繼電保護標準化技術委員會．DL/T584—2007 3 kV～110 kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S]．北京：中國電力出版社，2008．