220 kV變電站全停事故分析

孫文濤，劉 淼，李 鐵，張 建

（國網遼寧電力調度控制中心，遼寧 沈陽 110006）

故障分析

220 kV變電站全停事故分析

孫文濤，劉 淼，李 鐵，張 建

（國網遼寧電力調度控制中心，遼寧 沈陽 110006）

針對一起同塔并架線路遭雷擊引發的220 kV變電站全停事故，闡述了事故發生的經過、起因及事故處理過程，指出了開關拒分、開關拒合、二次回路缺陷、保護拒動等多重設備缺陷導致此次事故的發生，分析了保護拒動原因，并提出了防范措施。

多重設備；220 kV變電站；全站停電；事故處理；同塔并架；電網調度

2013年5月19日，某公司所轄的2條同塔并架的220 kV線路遭雷擊同時跳閘，重合時由于多重設備缺陷，導致1座220 kV變電站全站失壓，另1座廠站1條220 kV母線失壓。

1 事故經過

1.1 事故前運行方式

事故前，220 kV葵變運行方式正常。220 kV母線環并運行。Ⅰ母線元件為簡葵線、寧葵線（空充線路）、1號主變。Ⅱ母線元件為超葵線、電葵線（至萬風電場，風電場風機未投運）。

220 kV超廠2號主變檢修中，其他元件正常運行。220 kV母線環并運行。上母線元件為超葵線、1號主變。下母線元件為超北線、2號主變（檢修中）。簡葵線、超葵線兩側使用三相重合閘，接線見圖1。

1.2 事故過程

19日12：25：37，220 kV簡葵線191號塔、超葵線30號塔（為同塔）同時遭雷擊跳閘。

圖1 事故前電網接線

簡葵線簡側第1套距離一段動作、第2套縱聯保護動作，重合成功，故障相別為A相，故障測距15.78 km，故障電流7 581 A，零序電流5 822 A。簡葵線葵變側第2套縱聯保護動作，重合失敗，故障相別為A相，故障測距44.4 km，故障電流1 680 A。

超葵線葵變側2套縱聯保護動作，重合成功，故障相別為A相，故障測距68 km，故障電流1 110 A，零序電流1 560 A；超葵線超廠側2套縱聯保護動作，A相開關拒動，失靈保護動作，超廠220 kV上母線停電，故障相別為A相，故障測距101 km，故障電流1 512 A，零序電流1 262 A。

此時，葵變全站失壓，超廠上母線失壓。故障前，葵變1號主變倒送31 MW（用戶負荷94 MW、66 kV風電125 MW），超廠負荷5 MW，故障沒有影響重要用戶，事故后接線見圖2。

圖2 事故后電網接線

1.3 事故處理

12：28，現場匯報葵變220 kV失壓，超廠匯報上母線失壓，為雷雨天氣。調度接到匯報后立即組織處理，通知現場檢查保護動作情況及所內設備。

12：45，簡變匯報66 kV線路備自投已自動帶出葵變66 kV全部負荷，無損失。超廠匯報已代出負荷。

根據現場匯報、繼電保護動作記錄（見表1）、故障錄波、雷電定位等信息，調度確定以下內容：簡葵線及超葵線有同塔并架段，根據雷電定位及保護測距，可能為同塔遭雷擊故障；超廠超葵線開關拒動，母差及失靈保護動作導致上母線停電；簡葵線第2套縱聯保護未動作；葵變簡葵線開關合閘后，非全相保護動作跳開，懷疑葵變簡葵線開關合閘時三相不一致。

13：55，拉開葵變電葵線、超葵線、1號主變開關，拉開簡變簡葵線開關，無壓合上葵變簡葵線開關，準備用簡葵線對葵變母線進行充電。操作中，葵變簡葵線無壓合閘遙控失敗，通知檢修人員處理簡葵線開關拒合問題。

14：32，超廠拉開超葵線開關的兩側隔離開關后，用母聯開關對超廠上母線充電良好，1號主變送電。同時檢查處理超葵線開關拒分問題。

14：39，調度通知對220 kV簡葵線22—62號塔間，重點對42號塔進行帶電巡線。對220 kV超葵線183—223號塔間，重點對203號塔進行帶電巡線。

表1 保護動作記錄（保護啟動時間12：25：37：133）

18：22，葵變簡葵線開關處理完畢，葵變220 kV系統送電良好。

18：25，葵變1號主變送電良好，負荷代出。

19：29，電葵線送電。

19：58，萬風電場1號主變送電。

21：10，超廠超葵線開關處理完畢送電，系統恢復正常方式。

2 事故原因

2.1 同塔雙回線同時遭雷擊跳閘

查詢雷電定位系統，12：25：37有3個雷落在簡葵線30號、超葵線191號塔附近，雷電流分別為－201.8 kA、38.3 kA、－54.6 kA（雷電監測信息見表2），距離故障桿塔60～130 m。

表2 雷電監測信息

巡線發現220 kV簡葵線30號中線（A相）大沿玻璃瓶、均壓環、合成絕緣子傘群有雷擊燒傷痕跡，超葵線191號（與簡葵線30號同塔并架）上線（A）大沿玻璃瓶、導線側均壓環、導線有燒傷痕跡，雷擊造成，運行無問題。

經現場實測，故障簡葵線27—32號（超葵線188—193號）塔接地電阻值均滿足設計要求。綜上所述，判斷故障為反擊雷造成，故障點為簡葵線30號、超葵線191號塔（同塔并架），與雷電定位系統查詢結果一致，雷電流幅值為201.8 kA，而一般220 kV同塔雙回線反擊耐雷水平僅為79～92 kA［1］，此次雷電流幅值超過線路防雷設計水平。

2.2 葵變簡葵線開關重合失敗（開關拒合）

事故后，對葵變簡葵線開關拒合原因進行查找。

測試中，在主控室遙合簡葵線開關失敗。此時測量到合閘回路不通（TB1／29至TB1／34端子間不通），逐步定位為A相SP2限位開關接點不通。但主控未顯示合閘回路不通的告警，開關合閘回路見圖3。

圖3 開關合閘回路

打開A相機構外殼，檢查合閘儲能彈簧凸輪連桿與限位開關的接觸情況，發現壓接位置不到位。為驗證壓接位置情況，打開C相機構外殼對比，發現兩相的壓接位置不同，輕微觸碰滾輪，再次測量合閘回路已導通。確定原因如下。

a.簡葵線開關合閘儲能彈簧凸輪連桿與限位開關接觸不良，導致開關合閘彈簧儲能后、開關跳閘后均發生凸輪連桿壓接位置異常，使合閘回路中斷、開關拒合。

b.簡葵線開關二次回路設計存在缺陷，合閘回路失去監視，不能及時發現合閘回路異常。

2.3 超廠超葵線開關分閘失靈（開關拒分）

現場檢查發現，由于超廠A相開關操作連桿銹死，導致故障后開關拒動，220 kV失靈保護動作，上母線停電。且遠跳二次回路未接線，失靈保護動作后，未能啟動遠跳，導致葵變側超葵線開關重合。超廠發電機組已于2010年5月退役，變電設備運行中。

2.4 葵變簡葵線第1套保護未動作

根據簡葵線葵變側故障錄波器波形（見圖4），分析葵側零序方向元件及負序方向元件的動作情況，發現零序電壓滯后零序電流－89°，為正方向，而負序電壓超前負序電流130°，為反方向（故障時簡葵線葵變側零負序電壓、電流見圖5），負序反向是由于跨線兩故障點間的負序環流所致。縱聯零序正方向元件被負序反方向閉鎖，不能動作發信。

圖4 簡葵線葵變側故障錄波器波形

分析故障錄波，簡變側縱聯距離正方向及縱聯零序正方向均可正確動作發信，而葵變側由于縱聯距離元件及縱聯零序元件均不能動作發信，從而造成兩側縱聯距離保護及縱聯零序保護均未動作。

因此，超葵線配置的第1套PRS_702CAP保護不適用于此次跨線故障。

圖5 故障時簡葵線葵變側零負序電壓電流

3 防范措施

3.1 線路開關本身存在缺陷治理

開關拒合在電網運行中時有發生，線路故障后開關拒合一般導致線路未重合成功，不會造成較大故障。但在此次多重故障情況下，開關拒合則是造成變電站全停的重要原因之一，日常操作運行中發現隱患后應及時處理。電網運行中，開關合閘儲能彈簧凸輪連桿與限位開關接觸不良時有發生，一般需調整限位開關至合適位置或對限位開關觸頭進行打磨［2］。

開關拒分則是電網運行中比較嚴重的隱患。220 kV系統中線路故障后，開關拒動一般將造成失靈保護啟動、母差動作，導致多條220 kV線路跳閘，系統連接薄弱。

此次事故中，葵變簡葵線開關拒合、超廠簡葵線開關拒分同時發生，是造成本次全停的主要原因。

3.2 二次回路缺陷治理

簡葵線開關二次回路設計存在缺陷，合閘回路失去監視，不能及時發現合閘回路異常。超廠遠跳二次回路未接線，導致葵變超葵線開關在合位。兩處缺陷導致事故處理時調度判斷復雜，一定程度上增加了事故處理時間。針對簡葵線開關合閘回路失去監視，已與廠家研究，實現對重要出口繼電器及回路監視，異常時及時告警。

隨著電網的發展，保護和自動化設備逐漸增多，二次回路接線日趨復雜，二次回路缺陷導致電網事故的現象時有發生［3］，運行中應關注二次回路相關信號，確保事故時運行人員及調控人員可依據二次信息做出正確、及時的判斷處理。

3.3 提高變電站雙回線供電可靠性

電網改擴建工程中，由于建設進度存在時間差，新設備投運過渡過程中難免存在雙回線帶1座變電站的薄弱方式，雙回線同塔時尤其薄弱。在此情況下，由于天氣、外力等因素不可預測，應做好事故全停預案，惡劣天氣下變電站應恢復有人值守，同時在低壓側配置備自投等方式確保事故時負荷無損失。

3.4 加強輸電線路綜合防雷治理

雷電反擊是造成同塔線路雷擊同時跳閘的絕對主因，即由于雷電流幅值或陡度較大，超過同塔線路多回反擊耐雷水平跳閘。加強線路絕緣是提高耐雷水平和降低反擊跳閘率的有效措施［4］。

應針對性采取局部加強絕緣、架設耦合地線、減小桿塔保護角、安裝線路避雷器等防雷措施，將雷暴日頻繁地區的防雷治理工作列入反事故措施中，并加強反措執行的力度，特別是對未安裝避雷器的220 kV輸電線路應及時進行線路避雷器的加裝工作。

3.5 加強用戶廠站設備管理維護

超廠側超葵線開關A相操作連桿銹死，導致開關拒動。因超廠發電設備已退役，輸變電設備仍運行，由于資金、人員緊張，輸變電設備巡視、維護不到位，未發現開關問題，導致事故時開關拒分。目前，超廠全站已退運，葵變新建巖葵線已投運。

在電網運行中，用戶廠站由于資金投入、人員素質、技術水平不高等因素，日常維護不到位，管理相對薄弱。應加強用戶廠站管理，避免因用戶問題導致大規模停電事件的發生。

3.6 更換保護裝置

簡葵線配置的第1套PRS_702CAP保護，不能滿足跨線故障時負荷側配置要求，應更換保護裝置［5］。

保護拒動在電網運行中時有發生，應從設備、原理上認真分析每一次拒動原因，及時發現存在的隱患，保證保護動作的準確性。

4 結束語

由于天氣、設備等因素，電網事故不可避免，且每次事故的原因及過程都不盡相同。此次事故由同塔雙回線遭雷電引發，因葵變簡葵線開關拒合、超廠超葵線開關拒分而造成事故擴大，同時簡葵線第1套保護未動作、超廠遠跳二次回路未接線，導致葵變超葵線開關在合位、超廠失靈保護動作、超廠及葵變負荷損失等因素嚴重影響調度事故處理時的判斷，是一起典型的多重設備缺陷導致的220 kV全停事故。

需針對復雜電網事故詳細調查并分析事故發生及處理過程，查找事故原因，總結事故處理經驗和教訓，從中發現電網薄弱環節、設備缺陷以及管理漏洞，從而不斷優化電網運行方式、強化設備運維水平、提高人員事故處理水平，使電網運行管理更加完善，保障電網安全穩定運行，更好地為經濟建設服務。

［1］交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合：GB／T 50064— 2014［S］.

［2］彭向陽，詹清華，周華敏.廣東電網同塔多回線路雷擊跳閘影響因素及故障分析［J］.電網技術，2012，36（3）：82－83.

［3］趙晨光，魏 明，郝增辰，等.高壓斷路器彈簧機構常見故障分析及檢修方法［J］.河北電力技術，2013，32（3）：17－18.

［4］國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答（第二版）［M］.北京：中國電力出版社，1997.

［5］夏勇軍，尹項根，胡 剛，等.同桿雙回線路繼電保護原理及工程應用［J］.電力系統保護與控制，2009，37（3）：98－103.

Analysis on 220 kV Substation Shutdown Accident

SUN Wentao，LIU Miao，LI Tie，ZHANG Jian
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Dispatch Control Center，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In this paper，through a 220 kV substation full stop accident caused by lightning，the course of events，cause and accident treatment are elucidated.Refusal operation of switch，secondary circuit defect，miss operation of line protection and other multiple e?quipment defects are pointed out.It analyzes the cause for the refusal protection and puts forward preventive measures according to the problems exposed.

multiple equipment；220 kV substation；power cut of all?station；accident treatment；parallel lines on same tower；power grid dispatch

TM63

A

1004－7913（2016）11－0048－04

2016－08－20）

孫文濤（1983），碩士，高級工程師，從事電力調度、電網運行工作。