一起雷擊引起的110kV變電站直流系統故障分析及處理

趙湘敏

（廣東電網有限責任公司韶關供電局，廣東韶關，512000）

0 引言

110kV在城鎮以及農村中廣泛應用，110kV變電站直流系統是變電站的繼電保護、信號、控制系統、自動裝置等提供直流電源，如果直流系統出現故障，則可能造成繼電保護出現誤動或者拒動現象，無法為電力系統提供保護作用，從而導致電力系統出現越級跳閘故障，造成重大電力安全事故，影響居民正常供電，給電力企業造成巨大的經濟損失。因此，110kV變電站運行過程中，必須確保直流系統的正常運行，才能確保變電站的安全、可靠。

1 110kV變電站直流系統故障概況

1.1 110kV變電站直流系統運行概況

某110kV變電站直流系統一共有一塊直流充電屏，充電屏內一共安裝了4個HD22010-2型號的高頻開關充電模塊，一塊直流饋電屏，一套PSM-E10型直流電源監控裝置以及1組CFMH200型閥控式鉛酸密封蓄電池，蓄電池的容量為200Ah。正常情況下，由兩路380VAC/50HZ的交流電源經互投電路自動選擇一路向充電單元供電，充電單元向蓄電池組進行均/浮充電的同時，向經常性負荷供電。當控制負荷或動力負荷需要較大沖擊電流時，由蓄電池組及充電單元共同供電。為了確保交流系統的安全性，避免電壓過高對交流系統充電模塊造成影響，在交流線路安裝了防雷裝置和三相輸入狀態監視電路。當有雷電發生時，通過防雷電路保護使充電電源免收損壞，當交流電源發生缺相或試壓故障時，輸入狀態監視電路啟動，報警。同時把故障信號通過集中監控器送往后臺和遠方遙信裝置。監控中心和電力后臺控制系統收到警告信息，立即對故障信息進行分析，從而能夠最快速度對故障進行處理，確保交流系統的安全。

1.2 110kV變電站直流系統故障分析

由于110kV變電站直流系統分布比較廣泛，變電站運行環境比較復雜，所以導致直流系統故障的現象和原因比較多，大致可以分成四類：第一，變電站直流系統電氣設備絕緣性能降低，出現破裂、老化現象，由于變電站運行時間比較久，變電站電氣設備受到空氣中的水分、灰塵、腐蝕氣體的侵害，直流系統電氣設備絕緣性能下降，導致直流系統故障的發生。第二，氣候因素。變電站在運行過程中，受到雨雪、雷擊等自然因素的影響，導致直流系統電氣設備受潮、損壞等現象，導致直流系統故障的發生。第三是人為因素造成的變電站直流系統故障。在施工過程中，一些技術人員由于操作不當或者工作不仔細，沒有及時清理施工現場的雜物或者對現場進行處理，導致導線接頭外露或者接觸不當。第四，110kV變電站直流系統自身缺陷。變電站直流系統設備自身的設計水平和質量參差不齊，有的電氣設備設計不合理，導致設備運行過程中出現問題，引起直流系統故障。

2 110kV變電站故障分析

某變電站在運行過程中，管理人員在檢查時，發現110kV變電站的直流充電屏交流電源指示燈熄滅了，變電站的系統故障指示燈、直流電源裝置警告燈全部亮起來了，直流母線電壓低于223V，4個充電模塊全部失壓，直流屏1路2路交流進線空氣開關跳閘，而直流監控裝置顯示屏和監控后臺機顯示屏顯示母線電壓值不同，直流監控屏顯示交流饋電屏直流充電1路和2路空氣開關跳閘，合閘母線電壓降低到186.2V，控制母線電壓降至166.6V；后臺監控顯示屏顯示直流母線和蓄電池電壓依然保持在230V，直流母線電壓為231V，其他設備的電壓沒有發生變化，系統監控中心和變電站調度中心也沒有收到任何直流系統異常情況和警告信息。現場故障如圖1所示。

2.1 故障調查

為了明確找出110kV變電站直流系統故障。電力技術人員對故障現場的直流電壓、充電屏1路、2路進線交流接觸器進行檢查，發現充電屏進線已經有明顯燒毀的痕跡，充電屏內防雷裝置避雷器A相外絕緣體已經出現裂紋，用萬能表測量A相避雷器的電阻為零，發現避雷器的絕緣體已經被擊穿B相、C相的電阻為58MΩ。充電屏內的充電模塊電源開關都在閉合位置，變電站單個蓄電池沒有出現異常，蓄電池單體電壓下降到1.8V。同時技術人員發現變電站的通信屏網絡交換機和轉換器有明顯的燒焦等現場，根據這些現場發生的情況，技術人員初步斷定此次故障是交流進線電源失電問題，而110kV變電站的所有直流系統全部由蓄電池電組供電，所以導致變電站的通信設備損壞無法及時發出警告信息。圖2為110kV變電站直流故障發展流程圖：

圖2 110kV變電站直流故障發展流程圖

2.2 直流系統防雷裝置故障

如果110kV變電站遭到雷擊，由于雷電釋放瞬間會產生幾十安培甚至上百萬安排的電流，這些電流遠遠大于變電站承受能力，產生過電壓和過電流直接加載在電源設備和線路裝置上，持續的時間過程長，破壞變電站的直流系統。因此，為了提高110kV變電站的防雷水平，在變電站的直流系統安裝了防雷裝置，在該變電站的直流電源系統上安裝了一組三相陶瓷氧化鋅避雷器，避雷器安裝在交流進線電源和充電模塊之間，避免雷電直接入侵產生過電壓對直流系統的充電模塊造成沖擊。然而由于該變電站直流系統的避雷器運行時間比較長，避雷器的防雷作用降低，但是變電站沒有設置等電位接地網，所以避雷器無法及時將過電壓和過電流引入到接地網中，所以避雷器的閥片性能逐漸下降，抗雷擊能力下降。

2.3 直流充電裝置失壓原因

通過對該變電站的直流系統運行故障分析，并綜合變電站運行自然環境和工況，確定此次事故是由于直流電充電屏A相避雷器在夏季頻繁遭受雷擊后導致避雷器被擊穿，變電站直流系統直接接地，而直流接觸器沒有為三相避雷器各自安裝獨立的開關，所以直流系統發現故障以后1路、2路直流充電裝置全部失電，網絡通信設備被損壞，變電站直流系統故障無法及時發送到監控中心和變電站調度中心。

3 110kV變電站直流系統故障處理措施

通過對110kV變電站直流系統故障現場的調查和檢測，得出該變電站直流系統故障是由于雷擊造成的。因此，電力技術人員采取以下措施：第一，變電站現場運維管理人員立即向變電站調度中心提出申請，要求禁止斷路器的操作從而避免直流系統故障對整個變電站的影響，并對單個蓄電池進行檢測，檢查蓄電池的運行情況。第二，針對充電1路、2路空氣開關跳閘現場，變電站技術人員對直流系統充電模塊進行檢查，并推出全部充電模塊，將外界電源對每一個充電模塊進行送電，找到充電故障模塊。第三，由于變電站蓄電池模塊的電壓已經下降到186V，為了防止故障排除時間過長，導致蓄電池電壓下降太多，整個變電站失去直流電源，要盡可能控制不必要的負荷。變電站檢修人員到達故障現場以后立即接入臨時電源供電，并對蓄電池進行充電，并做好全站失壓準備。第四，檢修人員對變電站直流系統進行分段排查，在排查過程中，發現直流充電屏內的A相避雷器絕緣性能比較低，1路、2路交流接觸器已經損壞，測量A相避雷器的電阻為0。因此，立即更換同一款型號的避雷器，并更換了滿足直流上下級空氣開關極差的交流接觸器。第五，故障設備更換好以后，檢修人員立即將1路、2路交流進線開關進行測試，發現設備測試合格以后，用直流屏對蓄電池進行供電，并將直流母線電壓提高到225.6V，單個蓄電池電壓提高到1.18-2.22V之間。

4 結束語

雷電是引起110kV變電站直流系統故障的主要原因之一，同時由于避雷器、接地網以及交流接觸器等設備自身因素進一步增加了雷擊的概率。因此，110kV變電站日常運行過程中，要加強變電站電氣設備的維護和檢修，確保變電站運行安全。

[1]吳曄.110kV變電站直流輻射狀供電的經濟,陡及優化接線方案探討[J].大觀周刊,2012,(44):138-138.

[2]田傳鋒,徐育福,孫健等.繼電保護中低壓距離繼電器相關問題的分析與研究[J].電工文摘,2014,(5):44-46.

[3]馬立方.變電站直流系統故障分析與處理[J].現代商貿工業,2011,23(15):274-275.