王冰冰 遲淵泓 王超 邵昱

摘 要：備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“備自投”）是常用于110 kV及以下的中、低壓配電系統(tǒng)中的一種重要安全自動(dòng)裝置，其動(dòng)作正確與否對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性有很大影響。本文首先對(duì)分段備自投動(dòng)作及閉鎖原理進(jìn)行分析，然后結(jié)合實(shí)例探討一起110 kV變電站失壓事故擴(kuò)大的原因，提出相關(guān)改進(jìn)措施，為避免類(lèi)似情況再次發(fā)生提供了參考意見(jiàn)。

關(guān)鍵詞：備用電源自動(dòng)投入裝置;母線失壓;閉鎖

中圖分類(lèi)號(hào)：TM774文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）28-0130-03

Cause Analysis and Treatment Scheme Study on

a 10 kV Bus Voltage Loss Event

WANG Bingbing CHI Yuanhong WANG Chao SHAO Yu

（Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Automatic input device for backup power supply （referred to as standby automatic input） is an important safety automatic device commonly used in medium and low voltage distribution systems of 110 kV and below， and its correct action has a great impact on the reliability of power supply . This paper analyzed the principle of segmented self-switching operation and blocking principle， and discussed the reasons for the expansion of a 110 kV substation voltage loss accident with examples， and proposed relevant improvement measures to provide reference opinions to avoid similar situations from recurring.

Keywords： automatic input device for backup power supply;bus voltage failure;latch

備用電源自動(dòng)投入裝置（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“備自投裝置”）是指當(dāng)線路或用電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，能自動(dòng)、迅速、準(zhǔn)確地將備用電源投入用電設(shè)備中或把設(shè)備切換到備用電源上，從而保證用戶連續(xù)供電的一種自動(dòng)控制裝置，主要用于110 kV及以下的中、低壓配電系統(tǒng)中[1]。為了防止備用電源投到故障設(shè)備上，備自投裝置具有自動(dòng)閉鎖功能。通常來(lái)說(shuō)，母差保護(hù)、失靈保護(hù)動(dòng)作會(huì)閉鎖備自投裝置，而主變低后備保護(hù)動(dòng)作是否閉鎖不同地區(qū)設(shè)置不同。本文分析了一起單母線接線的110 kV變電站備自投動(dòng)作導(dǎo)致事故擴(kuò)大的原因，并提出了相關(guān)改進(jìn)方法，為避免類(lèi)似情況再次發(fā)生提供了參考意見(jiàn)。

1 備自投原理

備自投裝置按照不同的方式可分為不同的種類(lèi)，例如：按備用方式可分為明備用和暗備用兩種，按接線方式分為進(jìn)線備投、分段備投、橋備投等幾種類(lèi)型。

圖1是常規(guī)分段備自投的一次接線圖，正常情況下母線工作在分段狀態(tài)，I母、II母分別通過(guò)各自的供電設(shè)備或線路供電，靠分段斷路器取得相互備用。裝置充電條件為：①Ⅰ母、Ⅱ母均有電壓;②1DL開(kāi)關(guān)、2DL開(kāi)關(guān)在合位，3DL開(kāi)關(guān)在分位。

以上條件均滿足，經(jīng)15 s后充電完成。

常規(guī)分段備投裝置放電條件為：①備自投裝置監(jiān)測(cè)到3DL開(kāi)關(guān)在合位;②Ⅰ母和Ⅱ母均無(wú)壓;③手動(dòng)操作分開(kāi)1DL開(kāi)關(guān)，2DL開(kāi)關(guān)，備自投裝置經(jīng)繼電保護(hù)裝置節(jié)點(diǎn)KKJ合后位置繼電器自動(dòng)閉鎖而放電;④有外部閉鎖信號(hào);⑤1DL、2DL、3DL開(kāi)關(guān)位置信號(hào)異常;⑥控制電路異常，彈簧未儲(chǔ)能;⑦備自投定值設(shè)置為該方式不允許自動(dòng)投入時(shí)。

滿足以上任一條件立即放電。

備自投裝置充電完成后，當(dāng)檢測(cè)到Ⅰ母無(wú)壓且無(wú)流，Ⅱ母的電壓和電流滿足備自投的要求時(shí)，備自投裝置啟動(dòng)，經(jīng)延時(shí)動(dòng)作跳電源1開(kāi)關(guān)1DL。在確認(rèn)1DL開(kāi)關(guān)在分位后，備自投裝置立即合上3DL開(kāi)關(guān)，Ⅰ母電壓恢復(fù)[2]。

為了更好地發(fā)揮作用，防止備用電源投運(yùn)到故障的設(shè)備上，擴(kuò)大故障范圍，在實(shí)際運(yùn)行中的備自投裝置應(yīng)具有自動(dòng)閉鎖功能。如母差保護(hù)、失靈保護(hù)、主變高后備保護(hù)動(dòng)作時(shí)，保護(hù)發(fā)送閉鎖信號(hào)至備自投裝置，中止備自投裝置動(dòng)作;低周動(dòng)作接入、閉鎖方式壓板投入、手動(dòng)就地或者遙控操作工作電源開(kāi)關(guān)時(shí)，同樣應(yīng)閉鎖備自投裝置[3]。

2 事故說(shuō)明

2.1 故障現(xiàn)象

2017年，某110 kV變電站發(fā)生一起因主進(jìn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)部故障，造成變壓器保護(hù)及備自投動(dòng)作，進(jìn)而引起10 kV Ⅰ段母線失壓的事件。事件造成的直接后果為該站10 kV Ⅰ段母線失壓，開(kāi)關(guān)柜燒損1面。

該110 kV變電站為雙母線接線方式，其運(yùn)行方式如圖2所示。從圖2可知，1、2#主變分列運(yùn)行;111運(yùn)行于110 kV北母，112運(yùn)行于110 kV南母，110為熱備用狀態(tài);101運(yùn)行于10 kV Ⅰ母，1021運(yùn)行于10 kV Ⅱ母Ⅰ段，120分段備自投為投入狀態(tài)，具備動(dòng)作條件。

經(jīng)檢查，101開(kāi)關(guān)柜燒蝕嚴(yán)重，其后側(cè)主進(jìn)母線室CT外絕緣正常，表面有大量燃燒產(chǎn)生的黑色粉塵，開(kāi)關(guān)柜后側(cè)母線及CT倉(cāng)室未見(jiàn)放電痕跡（如圖3所示），開(kāi)關(guān)柜下觸頭盒已燒成粉末（如圖4所示）。

按時(shí)間先后順序，該變電站保護(hù)動(dòng)作順序如表1所示。

故障發(fā)生時(shí)，1#變低壓側(cè)三相電流幅值同時(shí)增大，三相電壓幅值同時(shí)減小為0 V，無(wú)零序分量，符合三相短路的特征，可初步判斷1#變低壓側(cè)發(fā)生了三相短路故障。

1#變低壓側(cè)二次故障電流約為19.5 A，超過(guò)1#變低后備保護(hù)定值（4.2 A，2.1 s），1#變低后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)101，10 kV Ⅰ母失壓。

接著120備自投啟動(dòng)，8 s后動(dòng)作合上120。120合閘再次對(duì)故障點(diǎn)產(chǎn)生了沖擊，二次故障電流約為19.45 A，120過(guò)流保護(hù)（5.2 A，1.8 s）動(dòng)作跳開(kāi)120，10 kV Ⅰ母失壓。

120過(guò)流保護(hù)動(dòng)作0.3 s后，故障延至101開(kāi)關(guān)靠主變側(cè)，二次故障電流為29 A，超過(guò)1#變高后備保護(hù)定值（6 A，2.7 s），1#變高后備保護(hù)動(dòng)作跳111，10 kV Ⅰ母失壓。

2.2 原因分析

根據(jù)故障錄波可知，保護(hù)動(dòng)作前，B相電壓幅值為0 V，A、C兩相電壓升高，可以確定故障發(fā)生前1#變低壓側(cè)存在B相接地，由此推斷故障原因如下。

101開(kāi)關(guān)B相上觸臂彈簧常年運(yùn)行后，彈簧性能下降，引起彈簧彈力減弱或彈簧斷裂，造成B相上觸臂動(dòng)靜觸頭接觸不良而發(fā)熱，長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱引起B(yǎng)相上觸頭盒絕緣逐步降低，最終接地放電，引起101開(kāi)關(guān)B相上觸頭盒燃燒，燃燒粉塵瞬間引起101開(kāi)關(guān)手車(chē)上觸頭三相短路，引起1#主變低后備保護(hù)動(dòng)作。

120分段備自投動(dòng)作合上120后，再次對(duì)102上靜觸頭三相短路點(diǎn)造成了沖擊，是102開(kāi)關(guān)柜燒損情況加重的一個(gè)重要原因。因10 kV Ⅰ母仍存在故障，120過(guò)流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)120。由于故障蔓延至101開(kāi)關(guān)靠主變側(cè)，二次電流超過(guò)1#變后備保護(hù)定值，由于101已經(jīng)跳開(kāi)，1#變高后備保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)111。

3 故障處理方案

3.1 加強(qiáng)10 kV開(kāi)關(guān)手車(chē)動(dòng)觸頭彈簧檢修

根據(jù)本地區(qū)近年來(lái)10 kV開(kāi)關(guān)柜故障情況，目前10 kV開(kāi)關(guān)柜停電例試過(guò)程中，注重10 kV開(kāi)關(guān)手車(chē)靜觸頭的檢修，忽視了動(dòng)觸頭彈簧的檢查。在今后10 kV開(kāi)關(guān)柜小修例試過(guò)程中，加強(qiáng)動(dòng)觸頭及彈簧的檢查，隨例試周期對(duì)運(yùn)行超過(guò)8年（重負(fù)荷的5年）的10 kV開(kāi)關(guān)手車(chē)動(dòng)觸頭彈簧進(jìn)行更換，避免類(lèi)似故障再次發(fā)生，在此不做詳細(xì)分析。

3.2 10 kV分段備自投恢復(fù)主變低后備保護(hù)動(dòng)作閉鎖備自投功能

2011年，為提高供電可靠性，該地區(qū)規(guī)定了變壓器低后備保護(hù)動(dòng)作不再閉鎖備自投。但從近幾年的運(yùn)行情況來(lái)看，低壓側(cè)發(fā)生永久性故障且主變低后備保護(hù)動(dòng)作切除故障后，備自投的動(dòng)作會(huì)對(duì)故障點(diǎn)造成再次沖擊，導(dǎo)致故障范圍擴(kuò)大。因此，10 kV分段備自投應(yīng)恢復(fù)主變低后備保護(hù)動(dòng)作閉鎖備自投功能，避免故障點(diǎn)遭受再次沖擊。

3.3 10 kV主進(jìn)開(kāi)關(guān)加裝測(cè)溫裝置

因10 kV金屬全封閉開(kāi)關(guān)柜的手車(chē)開(kāi)關(guān)動(dòng)靜觸頭密封于柜體內(nèi)，無(wú)法利用紅外檢測(cè)等手段進(jìn)行有效的觸頭測(cè)溫。因此，可對(duì)主進(jìn)手車(chē)開(kāi)關(guān)進(jìn)行觸臂改造或加裝有效的測(cè)溫裝置，設(shè)定溫度報(bào)警，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。目前，已對(duì)40余臺(tái)主進(jìn)手車(chē)開(kāi)關(guān)觸臂進(jìn)行了內(nèi)置式測(cè)溫改造，取得了良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合某變電站備自投動(dòng)作導(dǎo)致事故擴(kuò)大，對(duì)備自投條件進(jìn)行分析，提出相關(guān)改進(jìn)措施，為避免類(lèi)似情況再次發(fā)生提供了參考意見(jiàn)。備自投對(duì)電力系統(tǒng)供電可靠性影響很大，因此實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的具體情況，確定低后備是否要閉鎖備自投，確保電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉漢國(guó).母聯(lián)分段備自投裝置在變電站的應(yīng)用研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2017.