10kV變電所運行安全要素分析

宛俊

（浙江萬里學院繼續教育學院，浙江寧波 315000）

10kV變電所運行安全要素分析

宛俊

（浙江萬里學院繼續教育學院，浙江寧波 315000）

10kV變電所的安全需求主要有三點，分別是人員安全需求、系統運行穩定性的安全需求、設備安全需求.變電所的安全影響因素主要有五點，分別是人的因素、設備的因素、網絡的因素、天氣的因素、其他因素.通過結合本文工程實例，使用黑箱分析法，對以上安全需求和影響因素進行交叉建模分析，本文認為，10kV變電所的安全要素較為明晰，安全運行可以得到有效的控制.

10kV變電所；運行安全；要素分析

目前，10kV變電所基本實現了無人值守和廣泛化分布，通過在居民區、街道沿線等部署分布式10kV變電所，可以讓10kV線路得到更大程度的延伸，進一步壓縮400V和其他較低電壓等級線路的分布面積，使得用戶接入環更加簡單，最大程度的降低了電阻熱對電能的消耗.因為目前10kV變電所的數量已經達到了20年前的十余倍，所以，輸變電單位的人力資源無法實現變電所的全部有人值守，所以，走動式變電所管理也在智能化電網的建設過程中逐漸的發展起來.

某無人值守10kV變電所擁有2個10kV進線，2個680V出線，8個400V出線，共有10kV斷路器4個，680V斷路器6個，400V斷路器24個，高壓母線隔離開關4個，680V母線隔離開關2個，400V母線隔離開關4個，10kV接地刀閘2個，680V接地刀閘2個，400V接地刀閘8個.以上系統涉及到的開關共有56個.本文試圖研究一個近端安全管理系統，可以將以上開關設備進行管理和檢修.變電所有10/680/400-2400kVA變壓器2臺，所用10/400-300kVA變壓器1臺，10kV互感器6臺，680V互感器6臺，400V母線沒有安裝互感器，而是采用了直接測量法.本文使用的感抗性設備15 臺.

1 運行安全需求分析

變電站的運行安全主要分為三個部分，分別是人員安全需求、系統運行穩定性的安全需求、設備安全需求.此三個部分的安全需求的優先級是依次遞減的.所以，系統應該首先保障接近系統或者進入系統的人員出于絕對安全地位，其次應該保證系統的穩定性得到保障，再次應該保證系統的設備不會在正常運行和常見故障中損壞.假設人員安全需求、系統運行穩定性的安全需求、設備安全性需求的影響系數分別為γ1、γ2、γ3，那么可以得到以下三個變量的黑箱關系.

建立一個數列ζy（γ1，γ2，γ3），該數列標定了每個開關設備對三個安全指標的影響.實際建立矩陣如公式（1）.

同理，建立一個數列ξz（γ1，γ2，γ3），該數列標定了每個感抗性設備對安全指標的影響.實際建立矩陣如公式（2）.

通過以上兩個矩陣的累加，可以實現對大部分可能威脅安全的要素進行約束，通過本文方法，將以上兩個矩陣的每個元素對整體安全的影響加權累加，形成了本文的安全要素表.權重系數用βy，z表示，整體安全系數用E表示，公式如公式（3）.

其中：ε為除開關設備和感抗性設備外的其他設備帶來的影響.

2 運行安全評價模型的建立

2.1 安全影響因素分析

2.1.1 人的操作

人為操作對變電所運行安全的影響是直接的，經過我單位事故臺賬統計，82%以上的變電站運行事故與人為操作有關系.其中約半數的人為操作事故給當事人及其他職工帶來了不同程度的傷害.而人為操作對公式（3）的影響都是存在的.所以，設人為操作的影響矩陣為ηp，那么其對E的影響ηpE可以寫作公式（4）.

2.1.2 設備的狀態

在對以往事故的統計中發現，約有2成的人為操作過程中遇到的突發事故，全部操作過程是沒有出現問題的，但設備本身出現了運行狀態問題.此類事故在變電所中存在較大的可能性.出現此種問題的主要原因是在操作時出現了常規安全確認中并沒有涉及的設備故障問題，比如設備絕緣擊穿、設備絕緣油污染或者泄露、設備油紙擊穿、設備真空狀態泄露等.而此類狀態如果不能被監測系統準確捕捉，就會在操作中遇到問題.假設設備問題的影響矩陣為ηs，那么其對E的影響ηsE可以寫作公式（5）.

2.1.3 天氣的影響.

同樣在我單位臺賬中統計，約3成的故障是在惡劣天候下發生的，惡劣天候的定義為氣溫低于零下5℃或高于零上37℃，小時降水量超過50mm，風力超過8級等，另外雷雨天氣等強對流天氣也屬于惡劣天候.這種惡劣天候下，即使沒有認為操作，也可能發生設備的損壞和其他衍生事故.天氣影響對系統安全的影響可以寫做ηw那么其對E的影響ηwE可以寫作公式（6）.

2.1.4 電網的影響

電網遠端接雷，回路接地，相間短路等癥狀，都可能造成系統的跳閘故障，嚴重時可能會損壞設備.而電網骨干線路的損壞和其他問題也可能造成變電站設備跳閘等其他事故.電網受到剛性變壓的直接浪涌擴散和無功擴散，可能會造成系統的整體電能質量問題進而造成設備的二次和通訊層面的損壞.電網的影響對系統安全的影響可以寫做ηn那么其對E的影響ηnE可以寫作公式（7）.

2.1.5 不可抗力和其他影響

不可抗力給系統帶來的影響較為復雜，因為各種天災及戰爭等影響，變電所的安全可能無法得到有效的保證.同時，也可能出現其他當前技術水平無法解釋和預測的問題，也有可能影響變電所的運行安全.電網的影響對系統安全的影響可以寫做ηo那么其對E的影響ηoE可以寫作公式（8）.

2.2 模糊決策模型建立

本文研究的變電所安全因素E，在寫作公式（3）的同時，通過本節分析，可以寫作公式（9）.

因為本文假設公式（3）中修正變量與公式（4）～（8）中修正變量之間的關系為公式（10）：

且公式（10）為剛性關系，所以公式（9）中無修正變量.

所以，公式（9）可以設定為本文研究的模糊模型依據.

可以看出，ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE等影響均需要通過不同的控制方案進行控制，通過監測系統獲取ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE的實際結果，通過模糊控制法則對整體決策進行控制.在模糊決策中，對ηpE、ηsE、ηwE、ηnE、ηoE任意一個進行實際值和變化量的雙重考量，從而確定響應策略的選擇.

3 實際運行數據研究

首先，從不同年份發生的不同類型的事故來看，隨著變電所安全管理制度的深化，不同類型的事故均有減少.詳見表1.

表1 某紙業變電所2011－2014事故統計表

表格具體中故障因素說明如下：

（1）人為因素分析：主要有10KV6KV倒閘操作不當，2次；檢修高低母線二次回路控制線路失誤4次檢修TR22500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器故障失誤1次，6KV高壓補償柜分合閘投切誤操作1次，TR3630KVA變壓器副邊1200A低壓斷路器因檢修線路失誤發生故障跳閘2次.

（2）設備因素分析：主要有10KV真空斷路器內部機構引起分合閘失靈故障2次；6KV高壓電機熔斷器過載發生缺相故障3次，紙機復卷傳動發生短路故障引起TR22500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器跳閘1次，380V低壓母線個別連接線路絕緣老化造成故障2次.

（3）天氣因素分析：主要有夏季雷雨引起過電壓10KV6KV真空斷路器跳閘4次，2013年10月水災TR12500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器跳閘1次.

（4）電網因素分析：主要因為夏季雷雨，臺風，水災等電網遠端接雷，回路接地，相間短路造成外部停電事故3次.

（5）其他因素分析：夏季限電，2次，小動物竄入造成TR12500KVA變壓器副邊5000A低壓斷路器跳閘1次.

上述各個因素分析故障原因描述，通過合理科學預防和管理可減少故障發生.

4 運行安全機制要素總結

4.1 運行安全的外部影響

天氣原因，電網影響，不可抗力及其他原因對對系統的影響屬于外部影響.在變電所正常運行是，可能受到此三類（ηwE、ηnE、ηoE）因素的影響，導致事故的發生.所以，針對此三類影響，應該制定如下策略：

4.1.1 加強監測

在十二五期間，一方面完成了大量10kV拉手線路的部署和10kV變電站的建設.另一方面，10kV變電站的遠程抄表系統都向著臨近的有人值守的220kV變電站和110kV變電站集中.一個城市僅保留3～5個有人值守變電站的部署方式得到了普及.而普及此中人員部署方式的關鍵方式是監測設備的大量部署.電能質量監測為核心，溫度監測、高頻噪音監測為補充，主要的變壓器安裝了對變壓器油、震動波形和電弧的變壓器全面檢測系統，甚至個別變電站部署了完善的母線監測系統.

4.1.2 加強電能質量管理.

在變電所進口位置部署ZnO避雷器可以將浪涌電流有效接地，同時，柔性變壓技術讓變電所可以作為隔離電能質量問題的主要設施.智能電網模式下，雖然400V母線之間無法實現遠程互聯，但是10kV母線之間可以實現全面互聯，電能傳輸在10kV網絡中形成了與35kV網絡相互獨立的拓撲，所以，相對閉塞的400V環路與相對開放的10kV回路之間需要通過10kV變電站形成隔離，讓上級網絡中出現的各種電能質量問題無法進入到400V環路中，以增加400V環路的安全性.

4.1.3 制定惡劣天候運行預案

惡劣天候下一般不進行電網的人工操作和檢修，但是電網故障模式下，可能需要在惡劣天候下對電網進行緊急倒閘和搶修.這是造成事故的最大隱患.通過狀態檢修方法，合理選擇檢修窗口，確保設備運行在完好狀態下.同時，制定應急預案，在惡劣天候下執行更加復雜的安全狀態確認路徑，同時在惡劣天候下優先采用替換拆修法，盡可能減少人員接觸到網絡的時間和簡化人員接觸到網絡的環節，將維修工作轉入室內.

4.2 運行安全的內部影響

人的影響、設備的影響是運行安全的內部影響，通過前文分析，此兩類（ηpE、ηsE）影響可能直接造成事故.所以，針對此兩類影響，制定以下策略：

4.2.1 盡快普及自動化操作

上世紀60年代，通過繼電器的遙控線引出實現了變電所的集控臺，通過電磁儀表的數據線引出形成了模擬屏.這是自動化操作的雛形.上世紀80年代開始，PLC為主的簡單自動化開始執行，90年代的五防系統已經實現了完全自主操作.但是，目前雖然系統進入到了SCM多核心聯動控制和蟻群控制，同時各種智能化系統已經在系統中完整部署，但給予系統全自主的運行權限仍然需要進一步的演練和論證.

4.2.2 盡快普及狀態檢修

狀態檢修已經在十二五期間基本普及，通過全面的監測系統支持，使得系統的檢修窗口可以提前確定，系統的突發故障減少.而實際統計中發現，系統的突發故障是造成衍生事故的關鍵誘因.

4.2.3 研發系統自愈和自檢技術

自愈網絡是通過冗余線路的全自主倒閘，及時切換有微故障的線路，使得線路得到冷卻和自我修正，再次啟動線路時，作為瞬時故障的線路故障可能會消失.在自愈網絡中，瞬時故障出現的次數也被看做是系統狀態的主要標志.

5 結束語

通過本文分析，10kV變電所的主要安全威脅來自五個方面，通過對以上五個方面的逐一建模分析并建立對策，本文認為，10kV變電所的安全要素較為明晰，安全運行可以得到有效的控制.在十三五期間，隨著智能電網的建設逐漸深入，電網的完全自主倒閘會大幅度降低變電所的故障和事故幾率.

〔1〕高東陽，牛力學.如何做好變電所的安全管理和規范管理工作.［J］.黑龍江科學，2013，11（11）：13-15.

〔2〕黃鐵軍.淺談加強變電所安全穩定運行的措施［J］.今日科苑，2010，6（06）：21-23.

〔3〕王超群，柴建設，王慶，等.利用模糊綜合評判評價某110kV變電所安全可靠性.［J］.中國安全生產科學技術，2012，12（12）：28-30.

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1673-260X（2015）05-0154-03