一起220kV變電站母線失壓事件分析探討

呂彪，范軍華，蘇樹桐

(廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局，廣東 梅州 514000)

1 引言

變電站中母線故障不常見，而一旦發(fā)生故障會影響電網(wǎng)運(yùn)行，故障母線上所有出線停電，嚴(yán)重者會導(dǎo)致電網(wǎng)的瓦解。因此應(yīng)重視母線失壓事故的分析，及時排除系統(tǒng)故障，規(guī)避電網(wǎng)設(shè)備缺陷引發(fā)的母線失壓風(fēng)險，確保電網(wǎng)最后一道防線的穩(wěn)定，確保電網(wǎng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

2 事件經(jīng)過

2020年03月23日贊化站#1主變主一保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓過流I段1時限動作，#1主變主二保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓過流I段1時限動作。#1主變變低501開關(guān)跳閘，母線失壓。同時10kV贊奇線Q43開關(guān)在分閘位置，保護(hù)裝置保護(hù)跳閘指示燈亮，報文顯示10kV贊奇線Q43 B相故障，過流保護(hù)I段動作，故障電流值5.81A。110kV贊宮線C相電流差動保護(hù)動作，距離I段保護(hù)動作，重合閘動作后電流差動保護(hù)、距離I段保護(hù)再次動作跳開1270開關(guān)。

檢查保護(hù)動作過程：

15時30分47.666秒，#1主變主一保護(hù)裝置啟動。

15時30分47.668秒，#1主變主二保護(hù)裝置啟動。

15時30分48.392秒，#1主變主一保護(hù)裝置低1側(cè)復(fù)壓過流I段1時限(定值1.44A，0.7s)動作，跳開501開關(guān)，閉鎖10kV備自投，保護(hù)檢測到故障電流Imax=4.328A。

圖1 贊化站主接線圖

15時30分48.394秒，#1主變主二保護(hù)裝置低1側(cè)復(fù)壓過流I段1時限(定值1.44A，0.7s)動作，跳開501開關(guān)，閉鎖10kV備自投，保護(hù)檢測到故障電流Imax=4.335A。

圖2 #1主變主一保護(hù)裝置錄波文件

圖3 #1主變主二保護(hù)裝置錄波文件

由保護(hù)動作信息可知：#1主變主一保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓過流I段1時限動作，主二保護(hù)低壓側(cè)復(fù)壓過流I段1時限動作；110V 贊宮線C相電流差動保護(hù)動作，距離I段保護(hù)動作，重合閘動作后電流差動保護(hù)、距離I段保護(hù)再次動作跳開1270開關(guān)。10kV贊奇線Q43在分閘位置，過流保護(hù)I段動作。從#1主變主一保護(hù)裝置及#1主變主二保護(hù)裝置錄波文件可以看出，10kV 1M母線51PT柜體發(fā)生三相短路。

3 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場檢查情況，故障位置為斷路器室故障，PT隔離小車拖出后檢查，A相避雷器擊穿，三相熔斷器熔斷。檢查PT柜密封良好，無受潮痕跡。查詢220kV贊化站10kV間隔在故障前均未進(jìn)行操作，查詢故障前后雷擊圖，故障前雷擊頻繁。本次故障可判斷為PT柜內(nèi)避雷器在多次雷電過電壓的作用下，氧化鋅閥片在外部沖擊后，A相出現(xiàn)絕緣擊穿引起拉弧，導(dǎo)致母線故障，檢修現(xiàn)場圖見圖4。

圖4 檢修現(xiàn)場圖

避雷器作為電力系統(tǒng)中的重要一次性設(shè)備，其運(yùn)行穩(wěn)定性對電網(wǎng)系統(tǒng)的影響是不言而喻的。金屬氧化物避雷器因?yàn)轫憫?yīng)速度快、伏安特性平滑、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中[1]。但金屬氧化物避雷器在長期的運(yùn)行中，受外部環(huán)境與內(nèi)部環(huán)境的影響，也容易出現(xiàn)設(shè)備缺陷，引發(fā)電力故障。此次案例中因?yàn)楸芾灼饔龅筋l繁的雷電天氣，導(dǎo)致其過壓頻繁，氧化鋅閥片在外部沖擊后，A相出現(xiàn)絕緣擊穿引起拉弧，導(dǎo)致母線故障。這也提示我們在電力系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作中應(yīng)關(guān)注避雷器性能，加大檢修關(guān)注，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷、及時更換。

4 防范與整改措施

4.1 強(qiáng)化日常的巡視檢查

針對此次母線失壓事故，必須強(qiáng)化電力系統(tǒng)的日常巡視，及時發(fā)現(xiàn)問題、規(guī)避風(fēng)險。日常巡視的重點(diǎn)對象是避雷器外套、泄露電流表、接地裝置，尤以避雷器泄露電流值的監(jiān)視為主。正常運(yùn)行狀態(tài)下的避雷器內(nèi)部泄露電流約為0.5～1mA，如果閥片受潮或者劣化，對應(yīng)的泄露電流數(shù)值大，將運(yùn)行中的泄露電流與歷史數(shù)值作比較[2]，能大體明確內(nèi)部閥片工作狀態(tài)，電流增加值或者相間差值超過20%時應(yīng)考慮短接泄露電流表，及時用鉗形電流表測量泄露的電流值，排查故障。后以交流泄露電流試驗(yàn)或者直流泄露電流試驗(yàn)判定避雷器工作性能。對于其外套的檢查主要是查看其外絕緣的污穢程度。

4.2 加強(qiáng)特殊時期的巡視檢查

在電力系統(tǒng)的日常運(yùn)維管理中，必須有所側(cè)重，抓住電力系統(tǒng)運(yùn)行檢查維修的關(guān)鍵期——雷雨季節(jié)前后，進(jìn)行系統(tǒng)的檢查。雷雨季前的檢查主要是預(yù)防，保證電力設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，狀態(tài)良好，做好雷雨季來臨前的準(zhǔn)備工作。而季后的檢查主要是及時排查風(fēng)險要素，查看避雷器在雷雨季節(jié)后是否存在進(jìn)水受潮的問題、查看其遭受雷擊后性能是否依然完好。特殊時期的檢查主要有兩部分，分別為檢查與檢測[3]。

4.2.1 檢查

查看避雷器動作是否響應(yīng)良好，內(nèi)部有無存在放電聲、外殼是否完好，各連接引線是否完好等。在雷雨季節(jié)之后，如果發(fā)現(xiàn)連接引線燒傷、斷裂等問題及時修復(fù)處理。防止因處理不及時引發(fā)避雷器爆炸。為避免接地引線燒斷引發(fā)事故，應(yīng)采取雙重接地設(shè)計(jì)，增加一組常閉刀閘接地回路，避雷器運(yùn)行過程中通過泄露電流表回路，也通過常閉刀閘回路，以雙重接地的設(shè)置，使得避雷器接地更可靠。避雷器必須有良好的接地，提供放電通道，才能有效的保護(hù)設(shè)備，而此次避雷器缺陷引發(fā)的母線失壓故障中，因?yàn)楫?dāng)?shù)亟庸苷镜牡鼐W(wǎng)狀態(tài)評估工作并沒有跟進(jìn)到位，許多變電站的接地網(wǎng)狀態(tài)沒有管理起來，雙重接地設(shè)計(jì)沒有落實(shí)到位，最終引發(fā)了事故。

4.2.2 檢測

鑒于避雷器故障引發(fā)的母線失壓故障，必須加強(qiáng)對電力設(shè)備日常管理，而重點(diǎn)是預(yù)防性的監(jiān)測。預(yù)防性監(jiān)測主要是對絕緣電阻、泄露電流等進(jìn)行檢測。金屬氧化物避雷器則是常見的絕緣電阻，其通過闕片串聯(lián)形成，不存在并聯(lián)電阻與間隙。測量絕緣電阻時要關(guān)注裂縫與受潮等問題。基于避雷器運(yùn)行維護(hù)管理規(guī)定，確保絕緣電阻電量適宜，在檢查中綜合分析，全面考慮，保證金屬氧化物避雷器性能穩(wěn)定。在預(yù)防性檢測之外也配合在線監(jiān)測。停電試驗(yàn)狀態(tài)下，會存在電流捕捉困難的問題，即使斷開電力網(wǎng)及避雷器，也會存在電流數(shù)值重復(fù)出現(xiàn)的問題。運(yùn)行狀態(tài)下檢驗(yàn)主要是順應(yīng)利用帶電檢測方式，常見的帶電檢測方式有阻性電流法、溫測法、全電流法等[4]。基于電力系統(tǒng)運(yùn)維的實(shí)際，選擇合理的帶電檢測方法，加強(qiáng)檢測過程的監(jiān)管，及時發(fā)現(xiàn)避雷器故障，及時處理或者更換。

4.3 加強(qiáng)避雷器選型與管理

避雷器作為電力系統(tǒng)常見設(shè)備，有效減少雷電瞬時電壓，減少浪涌過電壓對電纜的不良影響，使得輸電電纜運(yùn)行更有安全保障。避雷器管理的源頭性工作是合理選型，從電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況出發(fā)，針對輸電電纜的主要需求、當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境干擾因素等，選擇性能優(yōu)良的避雷器是關(guān)鍵。此次事故中也存在避雷器選型不當(dāng)?shù)膯栴}，缺乏應(yīng)有的選型與管理重視，對10kV避雷器的選型不夠嚴(yán)格，對一次和二次消諧裝置的加裝運(yùn)用不夠重視。避雷器運(yùn)行中因?yàn)轭l繁的雷雨天氣導(dǎo)致雷電大電流注入到避雷器后，避雷器的電阻片、防暈鏈等受到影響，電流超過了避雷器的閾值，使得避雷器受損嚴(yán)重，繼而引發(fā)母線失壓等一系列故障。加強(qiáng)避雷器選型與管理，以提升避雷器的應(yīng)用效果。在同一個變電站的同一電壓測，線路型避雷器與母線型避雷器其額定電壓不同，而在同一電壓等級的電力系統(tǒng)中，相對地間的避雷器與相對相間的避雷器其額定電壓差異明顯，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)接地方式及產(chǎn)生的工頻過電壓指導(dǎo)避雷器額定電壓的選擇。配合日常設(shè)備的規(guī)范管理、日常維護(hù)等，減少設(shè)備缺陷引發(fā)的電力系統(tǒng)故障問題。

4.4 配備優(yōu)質(zhì)的運(yùn)維管理隊(duì)伍

電力系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)要發(fā)揮實(shí)效，組建高素質(zhì)的電力系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)及管理隊(duì)伍，確保其專業(yè)知識扎實(shí)、運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)豐富，且具備較高的責(zé)任心，加強(qiáng)對電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中細(xì)節(jié)性的關(guān)注，及時發(fā)現(xiàn)問題及時匯報處理，提前做好風(fēng)險的防范應(yīng)對。要創(chuàng)新運(yùn)維思路和模式，基于不同的作業(yè)環(huán)境、管理目標(biāo)等，靈活選用多種檢修方法、信息傳輸方式，有備用方案、應(yīng)救急設(shè)備。要強(qiáng)化電力系統(tǒng)各部門的協(xié)同配合，確保信息的互通有無，傳輸共享，做好信息的溝通反饋工作，在發(fā)生故障時能第一時間啟動應(yīng)急預(yù)案，提升運(yùn)行管理實(shí)效。引入責(zé)任制度，確保工作人員各司其職，責(zé)任到人，避免運(yùn)維管理的漏洞與盲區(qū)。積極開展各電壓等級避雷器技改儲備工作，及時更換超過20年的避雷器，使得設(shè)備運(yùn)行更有保障。針對老舊的避雷器必須展開專項(xiàng)維護(hù)行動，縮短其運(yùn)行巡視及檢修周期，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行問題。

5 結(jié)語

避雷器作為電力系統(tǒng)的常見一次性設(shè)備，其受不確定內(nèi)外因素的影響引發(fā)母線失壓等系列故障。母線的可靠運(yùn)行保障了供電的可靠性，一旦發(fā)生故障，運(yùn)維人員必須快速判明事故的性質(zhì)和范圍，迅速限制事故的發(fā)展，消除事故的根源。