變電運(yùn)行中跳閘故障及處理技術(shù)分析

徐子興

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東 梅州 514021）

1 變電運(yùn)行與跳閘故障基礎(chǔ)概念分析

所謂的變電運(yùn)行是指國(guó)家電力系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中已對(duì)輸電電壓等級(jí)進(jìn)行了明確劃分，如35 kV、60 kV、110 kV、220 kV以及500 kV等。輸電電壓等級(jí)不同決定著配電電壓等級(jí)也存在差異，如35 kV、60 kV以及110 kV等。但是，用電部門(mén)規(guī)定，高壓用電器額定電壓需控制在3～15 kV范圍內(nèi)，低壓用電器額定電壓為110 kV、220 kV和380 kV。為適應(yīng)每種用電器需要，電壓需經(jīng)過(guò)設(shè)備處理將電壓轉(zhuǎn)換成與用電器匹配的電壓，這個(gè)過(guò)程被稱(chēng)為變電運(yùn)行。

所謂的跳閘故障是指在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中由特殊原因?qū)е碌碾娐纷灾鲾嚅_(kāi)，這種情況被稱(chēng)為變電調(diào)整。但是，電路出現(xiàn)故障未出現(xiàn)自動(dòng)斷開(kāi)，啟動(dòng)繼電保護(hù)裝置發(fā)揮保護(hù)作用，自動(dòng)斷開(kāi)故障電路，將跳閘故障的影響控制在小范圍內(nèi)，這是變電運(yùn)行保護(hù)電路穩(wěn)定的主要思路。

2 變電運(yùn)行中跳閘故障現(xiàn)象

2.1 單一線(xiàn)路開(kāi)關(guān)跳閘

現(xiàn)階段，電力系統(tǒng)的構(gòu)成極為復(fù)雜，存在多條線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò)，且各線(xiàn)路網(wǎng)絡(luò)之間在性質(zhì)上存在差異，極易因互相干擾等問(wèn)題出現(xiàn)跳閘故障，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性受到影響。其中，單一線(xiàn)路開(kāi)關(guān)跳閘的出現(xiàn)頻率相對(duì)較高。造成這種故障的原因較多，如線(xiàn)路布置不規(guī)范、線(xiàn)路斷裂、線(xiàn)路接地出現(xiàn)問(wèn)題、避雷器裝置缺損以及外力因素等。

2.2 主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘

主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘屬于性質(zhì)更嚴(yán)重的跳閘故障，主要是由低側(cè)壓、高側(cè)壓以及系統(tǒng)故障等多因素綜合作用造成的。這類(lèi)故障出現(xiàn)后會(huì)嚴(yán)重干擾電力系統(tǒng)的運(yùn)行，但通過(guò)有效的保護(hù)措施能夠有效降低該故障的發(fā)生率，如瓦斯保護(hù)。

2.3 主變后備動(dòng)作單側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘

主變后備動(dòng)作單側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘發(fā)生后將會(huì)出現(xiàn)主變壓器三邊高壓側(cè)同時(shí)出現(xiàn)過(guò)電流情況，導(dǎo)致該故障出現(xiàn)的原因通常為總線(xiàn)出現(xiàn)故障、開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障和超越跳閘問(wèn)題。這種故障的處理極為復(fù)雜，必須全面檢測(cè)二次側(cè)，找到出現(xiàn)跳閘故障的直接原因，才能有效處理故障[1]。

3 變電運(yùn)行中跳閘故障原因分類(lèi)

從跳閘故障現(xiàn)象來(lái)看，造成跳閘故障的原因主要有以下幾個(gè)方面。

3.1 變電系統(tǒng)自身因素

3.1.1 設(shè)備故障

電力系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，供電設(shè)備老化較快，且隨著變配電系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升，供電設(shè)備日常損耗隨之提升，老化狀況出現(xiàn)更加頻繁[2]。而設(shè)備老化問(wèn)題將導(dǎo)致線(xiàn)路磨損更加嚴(yán)重，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘故障。

3.1.2 繼電保護(hù)工作缺位

繼電保護(hù)裝置（見(jiàn)圖1）是保護(hù)配電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要裝置，在發(fā)生跳閘故障后，能夠保護(hù)其他線(xiàn)路不受影響繼續(xù)運(yùn)行，有效控制故障范圍。但是，由于電力系統(tǒng)建設(shè)環(huán)境復(fù)雜，受溫度、濕度等多方面因素的影響，繼電保護(hù)也存在失靈或錯(cuò)誤判斷情況，加之現(xiàn)階段諸多電力系統(tǒng)中出現(xiàn)繼電保護(hù)不完善的情況，無(wú)法在跳閘故障發(fā)生后提供有效的保護(hù)。

圖1 繼電保護(hù)原理圖

3.1.3 線(xiàn)路載荷過(guò)大

配電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是實(shí)現(xiàn)其所負(fù)責(zé)區(qū)域穩(wěn)定供電的關(guān)鍵，但在同一供電區(qū)域內(nèi)電能使用量存在差異，形成用電高峰。這時(shí)電能轉(zhuǎn)化效率將有所降低，出現(xiàn)不滿(mǎn)足該地區(qū)用電需求的情況，導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)配電機(jī)組的負(fù)載急劇上升。當(dāng)超過(guò)變壓器組所能承載的范圍時(shí)，將造成變壓器組損壞，直接損壞內(nèi)部線(xiàn)圈，導(dǎo)致線(xiàn)路出現(xiàn)跳閘[3]。

3.2 管理因素

3.2.1 日常維護(hù)工作未落實(shí)

科學(xué)的維護(hù)與保養(yǎng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電運(yùn)行中線(xiàn)路的異常情況，從而及時(shí)采取有效的處理措施規(guī)避跳閘故障的出現(xiàn)。但是，由于電力系統(tǒng)維養(yǎng)工作復(fù)雜、維養(yǎng)工作范圍大，尤其是很多處于荒郊野嶺的變電站，維養(yǎng)工作落實(shí)存在極大困難，導(dǎo)致諸多線(xiàn)路長(zhǎng)時(shí)間得不到養(yǎng)護(hù)。此外，電力系統(tǒng)對(duì)于日常維養(yǎng)工作缺少明確的標(biāo)準(zhǔn)與要求，導(dǎo)致維養(yǎng)工作無(wú)法發(fā)揮作用。

3.2.2 運(yùn)營(yíng)人員認(rèn)知不足

實(shí)際工作中，變電運(yùn)營(yíng)人員未充分認(rèn)識(shí)到用電安全的重要作用，加之變電維護(hù)工作任務(wù)量繁重，操作過(guò)于復(fù)雜，易在思想上出現(xiàn)倦怠，無(wú)法保障變電日常運(yùn)營(yíng)工作的全面性和有效性。

3.3 外界因素

3.3.1 環(huán)境因素

變電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境是影響系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要因素之一。變電運(yùn)行處于露天環(huán)境中，環(huán)境作為不可控因素，多變且不可預(yù)測(cè)。在大風(fēng)、雷暴、暴雨等惡劣天氣條件下，線(xiàn)路本身易受到破壞與影響。因線(xiàn)路位移無(wú)法發(fā)揮空氣絕緣作用或因線(xiàn)路交叉出現(xiàn)短路，導(dǎo)致電路跳閘。此外，城市建設(shè)中也存在擾動(dòng)變電系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境因素，如城市建設(shè)導(dǎo)致電纜遭到破壞，也將因線(xiàn)路短路引發(fā)跳閘故障。

3.3.2 外力因素

交通事故、人為破壞等外力破壞導(dǎo)致變電系統(tǒng)設(shè)備、線(xiàn)路受到損害現(xiàn)象頻繁出現(xiàn)，也是誘發(fā)跳閘故障的常見(jiàn)原因。

4 變電運(yùn)行中跳閘故障處理技術(shù)

對(duì)跳閘故障的處理主要是為了快速判斷故障類(lèi)型與故障位置，避免耽誤處理而導(dǎo)致故障升級(jí)。從線(xiàn)路跳閘故障的發(fā)生規(guī)律來(lái)看，跳閘故障在用電高峰期發(fā)生幾率較高。

4.1 變電運(yùn)行跳閘故障判斷技術(shù)

變電系統(tǒng)出現(xiàn)跳閘故障時(shí)，需要根據(jù)故障實(shí)際情況和變電運(yùn)行環(huán)境判斷跳閘故障類(lèi)型，為故障檢查與處理提供可靠依據(jù)。首先，確定故障性質(zhì)，可利用故障分析時(shí)形成的錄波圖展開(kāi)分析。其次，根據(jù)系統(tǒng)保護(hù)動(dòng)作發(fā)生情況，判斷故障發(fā)生的大致位置。例如，線(xiàn)路跳閘后電流速斷代表系統(tǒng)內(nèi)保護(hù)裝置發(fā)揮作用，這類(lèi)故障最嚴(yán)重，故障點(diǎn)通常位于電路首端。最后，根據(jù)運(yùn)行環(huán)境精準(zhǔn)定位故障位置。跳閘故障出現(xiàn)后，在故障現(xiàn)場(chǎng)先判斷天氣條件，排除是否由外力因素導(dǎo)致故障。在無(wú)外力因素影響下，在跳閘范圍內(nèi)基于故障性質(zhì)與類(lèi)型的判斷定位故障點(diǎn)。如果天氣條件較差，可考慮是否因天氣因素導(dǎo)致變電設(shè)備故障或線(xiàn)路損壞引發(fā)故障。這類(lèi)問(wèn)題故障點(diǎn)判斷存在難度，無(wú)準(zhǔn)確判斷條件時(shí)需逐段排查。

4.2 變電運(yùn)行跳閘故障處理技術(shù)

4.2.1 單一線(xiàn)路開(kāi)關(guān)跳閘故障處理技術(shù)

這種故障的處理技術(shù)簡(jiǎn)單，但處理過(guò)程較為復(fù)雜。由于需要準(zhǔn)確判斷出現(xiàn)故障的線(xiàn)路，在發(fā)現(xiàn)故障后要展開(kāi)電力系統(tǒng)的全面排查，確定具體的故障點(diǎn)。通常電力系統(tǒng)中有線(xiàn)路出現(xiàn)跳閘故障會(huì)顯示異常點(diǎn)位，大概率為故障點(diǎn)位，可以直接進(jìn)行檢查。但是，有些系統(tǒng)中無(wú)明顯顯示異常點(diǎn)位，需要根據(jù)跳閘故障發(fā)生后的線(xiàn)路保護(hù)動(dòng)作、消弧線(xiàn)圈情況分析保護(hù)類(lèi)型，測(cè)試距離，從而確定故障位置。故障位置確定后，可以直接根據(jù)故障出現(xiàn)原因進(jìn)行相關(guān)處理[4]。

4.2.2 主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘故障處理技術(shù)

所有跳閘故障出現(xiàn)后，都需要確定具體的故障位置才能夠進(jìn)行故障處理。但是，故障處理方法上存在明顯差異，對(duì)主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘故障的處理需要采取逐級(jí)排查方法進(jìn)行故障位置確定。如果系統(tǒng)中對(duì)主變采用了瓦斯保護(hù)（如圖2所示），要先排查變電器系統(tǒng)的狀態(tài)，從而明確故障發(fā)生在變電器內(nèi)部或外部。無(wú)任何異常后，還需要檢查變電器鐵芯情況，均無(wú)問(wèn)題后可以排除變電器出現(xiàn)故障。檢查后應(yīng)進(jìn)行繼電器排查，了解繼電器內(nèi)部氣體聚集情況。若檢查結(jié)果為存在氣體，那么氣體的出現(xiàn)則可能是導(dǎo)致跳閘故障的直接因素[5]。此外，還需要檢查變電器與繼電器本身的完好性，如出現(xiàn)漏油、損壞、變質(zhì)等情況也將導(dǎo)致出現(xiàn)跳閘問(wèn)題。

圖2 瓦斯保護(hù)示意圖

4.2.3 主變后備動(dòng)作單側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘故障處理技術(shù)

跳閘現(xiàn)象不同，產(chǎn)生的影響也存在差異。在處理跳閘故障過(guò)程中，需要根據(jù)故障后系統(tǒng)運(yùn)行情況與設(shè)備的狀態(tài)了解具體的故障原因，采取有針對(duì)性的處理措施。在主變后備動(dòng)作單側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘故障出現(xiàn)后，應(yīng)先檢查故障發(fā)生后保護(hù)動(dòng)作情況。如果沒(méi)有保護(hù)動(dòng)作，檢查短路電流通過(guò)情況。檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)該類(lèi)現(xiàn)象確實(shí)存在，則需要通過(guò)專(zhuān)項(xiàng)檢查逐一排除干擾因素。專(zhuān)項(xiàng)檢查無(wú)問(wèn)題后，則需要檢查二次設(shè)備電流情況、保險(xiǎn)情況以及壓板情況[6]。

此外，在采取處理技術(shù)的同時(shí)，還需要配合有效的管理手段，保障處理技術(shù)的有效落實(shí)。從現(xiàn)階段變電運(yùn)行中跳閘故障的發(fā)生原因看，維養(yǎng)工作缺位和繼電保護(hù)工作落實(shí)不到位都是由于管理工作不嚴(yán)格造成的。面對(duì)這樣的情況，單一采用技術(shù)手段無(wú)法保障故障處理效果，且對(duì)于跳閘故障并非簡(jiǎn)單的處理，應(yīng)基于電力系統(tǒng)安全運(yùn)行目標(biāo)徹底規(guī)避故障。采取有效的管理手段，為維養(yǎng)工作的開(kāi)展制定標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)劃化依據(jù)，可以督促落實(shí)相關(guān)預(yù)防工作[7]。維養(yǎng)工作可以直接發(fā)現(xiàn)變電運(yùn)行中存在的異常情況并采取有效措施，如及時(shí)更換老舊設(shè)備、更換存在損壞或破損的線(xiàn)路、完善繼電保護(hù)組織等，在跳閘故障出現(xiàn)前預(yù)防故障，從而從根本上避免跳閘故障的出現(xiàn)[7]。此外，加強(qiáng)管理能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)電力部門(mén)日常工作中存在的不足，及時(shí)組織技術(shù)人員進(jìn)行專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，將先進(jìn)的技術(shù)手段以及工作方法運(yùn)用于跳閘故障處理與預(yù)防中，提升故障處理與預(yù)防效率，并強(qiáng)化技術(shù)人員的責(zé)任意識(shí)，按照要求定期落實(shí)維養(yǎng)工作，加強(qiáng)故障預(yù)防效果。

5 結(jié) 論

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有豐富的社會(huì)效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)社會(huì)的正常運(yùn)行與發(fā)展具有重要影響。但是，變電運(yùn)行中跳閘故障的出現(xiàn)嚴(yán)重危害電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，影響電力系統(tǒng)的效益實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)對(duì)變電運(yùn)行中跳閘故障與處理技術(shù)的探究，了解其具體故障現(xiàn)象和故障產(chǎn)生原因，尋找有效的處理對(duì)策，優(yōu)化處理技術(shù)方案，為電力系統(tǒng)提供充足保護(hù)。