一起典型一體化電源缺陷引起的故障分析

(國網福建省漳州供電公司，福建 漳州 363000)

1 引言

一體化電源系統是指由直流電源系統、交流電源系統、UPS逆變電源系統、通信電源系統組合而成的智能供電系統。該系統承擔著為站內各個設備供電的重要任務，發生任何問題都可能影響到其他運行設備，嚴重者甚至影響到一次設備能否正常分合，保護能否正確動作等。隨著電力需求的快速增長，電網結構的日益復雜，電網的安全穩定運行也愈發的重要。當故障發生時，能否正確地、快速地、有選擇地、可靠地切除故障，故障信息能否準確地、及時地上送調度系統等，都是評估電網穩定性的重要指標。因此，如何保證站內一體化電源系統的穩定運行，對突發事件如何進行有針對性的防范值得探討。本文結合現場的一起典型一體化電源系統故障事件，對該系統缺陷引起的故障進行全面分析，并進一步針對運行中該系統的不足提出改進建議。

2 運行方式及事件經過

2.1 110kV竹林變當日運行方式

漳州110kV竹林變110kV側為擴大內橋接線，由220kV總山變通過110kV總林線向站內供電，再經過110kV竹南線向110kV南坑變供電。在該運行方式下，全站為單電源供電。

110kV竹林變10kV側為單母分段接線，10kVⅠ段母線由#1主變供電，10kVⅡ、Ⅲ段母線由#2主變供電，#1站用變接于10kVⅠ段母線，#2站用變接于10kVⅢ段母線，10kVⅠ、Ⅱ段母線分列運行。

圖1 一次主接線圖

2.2 事件經過

2017年1月14日14時50分，110kV總林線181對側開關因線路故障跳閘，由于110kV竹林變為單電源供電，導致該站全站交流失壓，同時，調度四級數據網發生通訊中斷。14時59分，調度值班臺對110kV總林線進行遙控合閘操作后，全站交流電壓恢復，調度四級數據網通訊中斷復歸。通訊恢復后，監控人員發現站內有“#1、#2直流充電機交流進線失電”等異常信號。

運維人員進站檢查發現，后臺監控機已斷電關機，直流總控裝置報“1—40號電池電壓低(0V)”異常信號。站用電屏Ⅰ上的“直流充電屏交流進線一空開”，站用電屏Ⅱ上的“直流充電屏交流進線二空開”，直流充電屏內的“#1交流進線空開”“、#2交流進線空開”、“#2充電機交流空開”、“#5充電機交流空開”已全部跳開，試送空開仍會再次跳閘。運維人員在斷開直流充電屏上的全部充電機空開后，先試送直流充電屏以及站用電屏的空開均成功，再試送直流充電屏的充電機空開也成功，至此，110kV竹林變一體化電源恢復正常運行。

3 故障現象分析

3.1 現象一

調度四級數據網在全站交流失壓的情況下，出現通訊中斷的情況。

分析：現場調度四級數據網是由UPS電源供電，當110kV總林線故障跳閘時，UPS應正常供電，不應導致調度四級數據網通訊中斷。

圖2 一體化電源系統接線圖

圖3 直流總控裝置報電池電壓低(0V)”

3.2 現象二

運行人員進站檢查發現，直流總控裝置報“1—40號電池電壓低(0V)”異常信號。

分析：此時站內由直流系統供電的裝置均正常運行，全站直流系統應處于正常運行狀態，直流總控裝置不應報電池電壓低異常信號。

3.3 現象三

檢查發現，全站交流電壓恢復的同時，充電機交流進線多級空開跳開。

分析：正常交流電壓恢復，站內交流系統的空開不應出現多級跳開現象。

4 缺陷排查及處理

4.1 調度四級數據網通訊中斷排查

由于四級數據網通訊中斷在全站交流失壓復歸后立即恢復，同時現場檢查發現后臺監控機也已斷電關機。因此可認為站內UPS系統無法正常工作，導致包括四級數據網交換機在內的設備失去不間斷電源。

針對站內UPS系統可能存在問題的幾種因素，進行了全面的排查分析：

4.1.1 因素一

由UPS裝置供電的設備，其交流電源錯接至交流屏，UPS裝置未能對其進行正常供電。

針對該可能因素，檢修人員對各個由UPS裝置供電的設備，檢查了其電纜走向的正確性，以及電纜芯數、二次線顏色等是否與UPS逆變電源屏內一致。檢查結果為現場電纜走向和接線均正確，排除了該因素的可能。

4.1.2 因素二

UPS裝置未能通過蓄電池組正常直流輸入供電，而是只采用市電供電方式工作。

檢修人員現場檢查UPS裝置運行情況，發現其面板上的信號燈顯示為“逆變”，無告警信號。通過斷開UPS裝置的交流輸入電源測試(斷電前已告知調度監控班，并且現場已將涉及的設備關機)，發現UPS裝置交流輸出全部斷電。至此，可確認該UPS裝置的逆變功能出現問題，裝置始終在使用市電供電，直流輸入供電回路已失去作用。

圖4 UPS裝置接線方式

缺陷處理：

檢修人員拆下UPS裝置，發現裝置內部積灰嚴重，拆開該裝置檢查時發現，UPS裝置內部如圖5所示，電容器已損毀。至此，可以確認該UPS裝置內部元件損壞，導致了直流輸入回路無法正常工作。

工作人員啟用旁路檢修功能，暫用交流市電代替UPS裝置對各設備供電，同時將該損壞UPS裝置進行更換。更換完畢后，分別對新裝置進行了交、直流輸入的功能測試，均合格。至此，該故障已處理完成。

4.2 直流總控裝置報多節電池單體電壓低報警排查

當全站交流失壓，此時站內的直流系統改由蓄電池供電，檢查現場由直流系統供電的設備，發現均正常工作，由此初步判斷站內蓄電池處于正常工作狀態。而運行人員檢查站內的直流總控裝置，發現該裝置報出“1—40號電池電壓低(0V)”異常信號。

圖5 UPS裝置內部損壞的電容器

針對該現象，檢修人員對以下幾種可能的因素進行了排查分析：

4.2.1 因素一

部分蓄電池電壓過低：

針對蓄電池性能不佳的問題，檢修人員做了相應的模擬試驗，現場斷開蓄電池組的交流充電電壓，模擬全站交流失電情況。讓蓄電池組在不充電的情況下運行30分鐘后，用萬用表檢查蓄電池組的輸出電壓，檢查結果合格，總電壓保持在219V，對單個蓄電池進行檢查，發現蓄電池的單體電壓均在2.15V左右，同時直流總控裝置內蓄電池電壓數據均正常。由此可以判定，站內蓄電池組性能正常，排除該因素的可能性。

4.2.2 因素二

直流總控裝置誤報信號：

檢修人員針對該直流總控裝置，模擬了全站失壓并恢復的過程，對其進行斷電后重啟，發現該裝置重啟后報出“1—40號電池電壓低(0V)”，現象與當時全站交流失壓時一致。其后，檢修人員通過聯系廠家得知，當該型號直流總控裝置死機重啟，或者裝置復位過程中，裝置將暫時無法接收到蓄電池電壓數據，可能會出現多節蓄電池單體電壓低報警。至此，可確認該電壓低報警信號為直流總控裝置在重啟或復位時報出。

缺陷處理：

檢修人員收集該型號裝置的信息，并對運維人員和地調監控班做相應的交底，告知該裝置重啟時報出的異常告警屬于正常現象。

4.3 充電機交流進線多級空開跳開排查

當全站交流失壓復歸時，充電機交流進線多級空開立即跳開。運維人員初次試送空開仍會再次跳閘，但改變試送空開的順序后，又可成功合上空開。針對該現象，檢修人員主要排查了以下幾種可能因素：

4.3.1 因素一

試送空開順序的不同，可能導致出現不同的短時大電流：

針對該可能因素，檢修人員進行了相關的測試，再次斷開全部交流充電空開，以及各個充電機交流空開，嘗試各種試送空開的順序。發現無論用何種方式試送空開，都能夠正常送電，不存在因試送空開順序的不同而發生跳閘的情況。故排除該因素的可能性。

4.3.2 因素二

上下級間，空開的跳閘電流級配不正確：

經檢查發現，交流屏Ⅰ，交流屏Ⅱ上的“直流充電屏交流進線空開”跳閘電流為50A，而直流充電屏內的“交流進線空開”跳閘電流為63A，兩者間的配合出現錯誤，上級空開的跳閘電流小于下級空開。因此，上下級的空開級配錯誤是導致多級空開跳開的因素之一。

4.3.3 因素三

變電站一次送電的瞬間，站內交流系統出現諧波和畸變，由電能質量異常引起空開的跳閘：

當一次系統的電能質量發生異常，如單相電壓偏低，或者容性電流過大等，都可能導致充電電流異常而跳閘。根據本次變電站一次設備運行方式，結合其他站已出現過的類似情況。110kV總林線故障跳閘，之后成功合閘，導致了交流系統短時的過電流，同時由于因素二提到的空開級配問題，最終造成多級空開跳閘的故障。因此，送電瞬間的短時過電流為導致空開跳開的可能因素之一。

缺陷處理：

檢修人員將交流屏Ⅰ，交流屏Ⅱ上的“直流充電屏交流進線空開”更換成跳閘電流為65A的空開，優化了上下級空開之間的級配關系。同時，也針對其他類似的單電源供電方式的變電站一體化電源進行逐一排查，做好隱患的預防和缺陷的處理。

5 結語

通過本次一體化電源缺陷引起的事故，對一體化電源的驗收和日常維護提出以下建議：(1)基建驗收方面，應加強對一體化電源系統的蓄電池的充放電試驗，確認交直流系統空開級配的正確性，并重點對UPS系統的回路進行把關。(2)日常維護及巡視時，應加強對一體化電源系統的監視，檢查各裝置是否正常運行，無死機現象，并重視蓄電池組帶載充放電等試驗，一旦發現問題，應第一時間上報，以便及時消除隱患。

綜上所述，強化對一體化電源的巡視，保證該系統缺陷能被提前發現、及時消除，這對降低變電站一體化電源體統的故障率、提高站內交直流系統運行的穩定具有重要意義。