直流系統異常停運致保護拒動處理與預控措施分析

傅亦宏

（廣東電網有限責任公司梅州供電局）

0 引言

根據變電站直流電源系統技術規范配置要求，目前110kV以上變電站都是配置雙電雙充的直流系統，但規范并未對35kV變電站直流系統配置要求作出明確說明，因此部分偏遠地區35kV變電站依舊配置單電單充直流系統。隨著直流系統運行年限增加，蓄電池容量降低是不可避免的問題之一，而且2022年也發布了珠海瓦特蓄電池組輸出開關切換不到位的隱患排查整治文件，當蓄電池和充電機存在某些缺陷，或直流系統輪流停電定檢只有單組運行時，就會存在直流系統故障停運導致保護拒動的可能，通過對直流系統故障保護拒動處理方法進行研究分析，有利于提高運行人員事故處理的效率和能力［1-2］。

1 案例分析

某日，110kV A站35kV AC線開關跳閘，重合閘不成功，35kV C站全站通訊中斷，調度無法監視各級母線及站內間隔狀態，同時35kV D站配置的遠方備自投未動作，35kV CD線開關在分閘位置，導致35kV C站全站失壓。變電站系統接線圖如圖1所示。

圖1 變電站系統接線圖

運行人員到達35kV C站檢查發現，35kV C站全站失壓，交直流系統失壓，主控室及高壓室一二次設備均失電，UPS裝置未在工作狀態。全站所有開關均在合閘位置，所有一次設備外觀無明顯異常。匯報給調度后，隨后調度下令運行人員現場采用機械分閘方式斷開35kV AC線開關、10kV故障線路及站內電容器開關。

隨后調控合上35kV D站35kV CD線開關，35kV C站短暫恢復供電后，全站再次失壓，交直流系統失壓。現場檢查發現10kV故障線路重合閘動作，開關在合閘位置。

最終，調度通過10kV饋線轉供方式恢復10kV母線運行，站用電及直流系統再次恢復運行。隨后運行人員將10kV故障線路停電檢修隔離，并恢復無故障設備正常供電。

2 事件原因分析及改進措施

根據上述案例，我們可以從事件發生的直接原因和間接原因兩方面進行分析，研究本次事件處理過程中存在的問題。

2.1 直接原因分析

案例中，35kV C站僅配置單組充電機及蓄電池組，投產運行時間長，存在蓄電池容量下降的重大缺陷，事件發生時蓄電池組存在蓄電池開路的緊急缺陷。

發生10kV線路近區永久性短路故障時，10kV母線受到較大的沖擊，電壓下降至接近于0，此時站用交流系統電壓輸出異常，導致直流系統充電機無法輸出正常電壓。在蓄電池組存在開路、容量下降、輸出開關接觸不良等故障的情況下，就會造成直流系統失壓，全站二次設備及直流控制電源失電，全站保護裝置運行異常［3］。根據繼電保護通用技術規范要求，跳閘出口繼電器的起動電壓在直流額定電壓的55%～70%之間，因此當10kV母線發生近區短路故障時開關將無法分閘隔離故障，最終越級跳開110kV A站35kV AC線開關。

其次，運行人員在現場開關機構實施機械分閘斷開10kV故障線路時，未判斷出重合閘不對應啟動的情況，其原理圖如圖2所示。

圖2 開關位置不對應啟動重合閘原理圖

通過分析開關位置不對應啟動重合閘原理圖可知，開關位置處于分閘位置，即TWJ＝1，而合后繼電器KKJ在裝置失電后，手動機械分閘無法復歸KKJ合后繼電器，即KKJ＝1，時間繼電器SJ動作，經一定延時后，SJ接點閉合，中間繼電器ZJV電壓起動，ZJV接點閉合，ZJI電流自保持，合閘回路導通，合閘線圈HQ得電，重合斷路器，使10kV故障線路開關重合于故障，交直流系統再次失壓。最終采取10kV線路轉供對10kV母線供電的方式，才恢復了交直流系統運行，一定程度延長了處理事件的時間。

2.2 間接原因分析

巡維中心和專業班組對直流系統存在運維不到位的問題。對頻繁告警復歸的蓄電池信號重視不足，錯失了發現隱患避免事件發生的機會。當蓄電池核容不合格時，對可能造成的系統風險預估不足，未及時消缺或采取臨時措施進行控制缺陷的發展，且蓄電池缺陷多次降級后仍在長期運行，并未制定相關的應急處置方案，對可能發生的事故事件缺少正確快速的處理方法。

3 直流系統停運保護拒動處理分析

當直流系統異常停運時，即使是普通常見的10kV瞬時接地故障，也會導致開關拒動越級跳閘進而導致全站失壓。從案例中發生的事件過程，我們可以分析總結出處理因直流系統異常停運導致保護拒動的處理方法。

3.1 檢查與匯報

當事件發生時，運行人員到達變電站后首先要做的就是檢查，確定變電站設備狀況并匯報。從對案例事件的原因分析可知，當直流系統停運保護拒動后的現象為：后臺監控、五防計算機、二次保護屏柜等二次裝置將黑屏停止運行，開關位置在現場檢查均在合閘，可用驗電器或在PT二次側測量確認母線是否失壓，使用萬用表測量站用交直流母線電壓確認站用交直流失壓。然后將現場檢查情況向調度進行第一次匯報。

由于保護裝置失電無法獲取故障間隔信息和保護動作情況，要檢查所有一次設備以及蓄電池組的狀態，確認站內設備有無缺陷。站用交直流系統恢復后要迅速確認保護裝置的動作情況并記錄動作信息，向調度進行第二次匯報。

3.2 恢復站用交直流系統供電

當確認站用交直流系統失電后，要盡快恢復站內交直流負荷正常供電，保證保護裝置、五防系統、變電站自動化系統等二次設備的正常運行。

若變電站配置雙電雙充的直流系統，當事件發生時一組直流系統正在定檢或者檢修，而另一組直流系統故障停運時，應當優先考慮將檢修中的直流設備恢復正常運行，從而恢復后臺監控機和保護測控裝置，進而可以控制其他正常一次設備恢復供電。

若變電站配置單電單充的直流系統，且存在某些缺陷導致蓄電池組無法恢復運行時，則應當立即聯系應急發電車或啟動應急發電機，恢復交流供電后再利用充電機恢復直流母線運行。

若應急發電車短時間無法到位，為防止事件等級擴大需要立即恢復送電時，則調度將可能下令將故障間隔斷路器就地機械分閘隔離，再通過10kV饋線反供母線、試送越級跳閘線路等方式恢復10kV母線及站用變供電。此時要注意采取措施防止交直流恢復供電后因斷路器機械分閘而觸發保護的不對應啟動重合閘功能，導致開關再次重合于故障線路，交直流系統再次失電。在斷開故障開關，反供、試送母線前，應采取以下措施之一［4-5］：

（1）斷開故障間隔開關控制電源；

（2）退出保護裝置重合閘出口壓板；

（3）將故障間隔轉冷備用狀態。

3.3 故障隔離與恢復其他設備供電

恢復站用交直流系統后，則可斷開故障開關，拉開兩側隔離開關隔離故障，同時恢復其他饋線間隔和站內設備的運行，檢查故障蓄電池組的狀態，將故障蓄電池隔離并聯系專業班組進行檢查。對于單電單充直流系統，還應聯系班組準備備用直流電源設備，防止缺陷消缺完成前再次出現此類事件。

4 事件發生后預控措施分析

開展隱患排查，強化缺陷跟蹤。應當盡快完成故障蓄電池組的更換工作，同時運行人員要對同樣是配置單電單充直流系統的變電站進行相關的隱患排查，特別是蓄電池組核容不合格，多次報蓄電池組電壓異常等缺陷的變電站，要加強巡視維護，及時做好設備的動態評價并不斷跟蹤缺陷發展情況，并和運行專責及時溝通消缺安排，盡快完成對新舊35kV變電站直流系統雙重化改造。

制定應急方案，加強事故預想。從此次事件可以看出，運行人員對直流系統故障，二次設備失電開關拒動的處理過程存在經驗不足、思考不足、步驟方法不正確等問題。應當對此類事故事件開展事故預想，對直流系統不滿足N-1配置的變電站制定相關的應急預案，提高人員的應急處置能力。

5 日常運維注意事項

為避免發生直流系統異常停運導致保護拒動的情況，對于直流系統的巡視維護，要重點關注直流充電機、直流饋線和蓄電池組的運行狀態。檢查直流充電機各整流模塊運行正常，直流充電機、直流饋線屏柜上電源正常，屏柜內部空開、把手處于正確位置，交直流表計顯示運行值正常，二次裝置液晶顯示正常，監測裝置無異常告警，裝置無異常振動、異常聲音及異味；檢查各直流饋線絕緣監測狀態正常，無直流接地，交流竄入等現象；檢查蓄電池組單節電池電壓正常，無過壓及欠壓現象，運行溫度正常，蓄電池無漏液鼓包，無異常聲音及異味。

由于蓄電池對工作的環境要求較高，應在蓄電池室建設期間，依據南方電網變電站建設規范，做好相關土建電氣的驗收工作，采取安裝防爆空調和防爆燈具、封閉窗戶、暗敷線路等防火措施，保證蓄電池組投產運行后運行環境的穩定。

對于直流系統設備的巡視維護管理，運行人員要實時了解設備的運行狀態，做好運維數據的對比分析，及時發現問題并與運行專責溝通處理，必要時應當做好相關的應急預案，避免出現因直流系統故障而擴大事故事件影響范圍的安全隱患。

6 結束語

我國的電網建設呈逐年加快的態勢，電網架構越來越可靠，但部分變電站由于項目投資、批次缺陷、蓄電池自身特性等原因仍然存在直流系統帶缺陷運行的情況，隨著運行時間的增加，案例中發生安全隱患的概率也會大大增加。運行人員必須做到未雨綢繆，有必要了解變電站直流系統運行原理和運維方法，提高運維人員技能素養和認知素養，對事故事件的發生做出正確、快速、安全的應對，保障變電站設備安全穩定運行。