一起線路故障引起變電站主變?nèi)５脑蚍治?/h1>
2016-11-08 02:43:18吳紹武
電氣技術(shù) 2016年10期
張 強(qiáng) 吳紹武 史 達(dá)
（江蘇省電力公司淮安供電公司，江蘇 淮安 223002）
一起線路故障引起變電站主變?nèi)５脑蚍治?/p>
張 強(qiáng) 吳紹武 史 達(dá)
（江蘇省電力公司淮安供電公司，江蘇 淮安 223002）
某變電站35kV線路發(fā)生短路故障，引起該變電站兩臺運(yùn)行主變?nèi)?，全站失電。通過現(xiàn)場檢查及故障錄波圖，對線路故障而主變保護(hù)動作的原因進(jìn)行了分析，并提出了針對性的建議，以保證系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。
繼電保護(hù)；短路故障；主變；定值整定
1 事故情況介紹
2013年8月18日某35kV變電站進(jìn)線電源線路故障，該站外橋斷路器保護(hù)動作跳閘后，1#、2#主變后備保護(hù)動作，1#、2#主變?nèi)?，造成全站失電?/p>
2 事故前運(yùn)行方式
變電站主接線如圖1所示，主變高壓側(cè)為外橋接線，301、302、310斷路器運(yùn)行，1#、2#主變運(yùn)行，321衛(wèi)朱線為該變電站的主供電源，外橋 310斷路器有穿越功率，336衛(wèi)施線為對側(cè)35kV變電站供電，10kV母線為單母線接線，112、113、114線路運(yùn)行。
3 事故經(jīng)過
2013年8月18日17時15分34秒，35kV變電站進(jìn)線電源線路故障。故障后，變電站外橋 310斷路器保護(hù)過流Ⅰ段動作，310斷路器跳閘。17時15分 35秒，1#、2#主變高、低后備過流Ⅰ、Ⅱ段t1、t2同時動作，跳開 301、101、302、102開關(guān)，1#、2#主變?nèi)Ｔ斐扇臼щ?。一次系統(tǒng)主接線圖如圖1所示。
圖1 一次系統(tǒng)主接線圖
4 保護(hù)動作分析
4.1 保護(hù)定值整定
外橋 310斷路器的定值整定見表 1。1#、2#主變高、低后備保護(hù)的定值整定情況相同，見表2。
表1 外橋310開關(guān)保護(hù)定值
表2 1#、2#主變后備保護(hù)定值
4.2 保護(hù)動作行為分析
故障發(fā)生時310開關(guān)及1#、2#主變高、低壓側(cè)的故障電流有效值見表 3。外橋 310斷路器的故障錄波如圖2所示，A、B兩相電流反相，進(jìn)一步分析圖中故障電壓、電流的相位關(guān)系后發(fā)現(xiàn)310開關(guān)的Ⅰ段母線側(cè)發(fā)生了A、B兩相接地短路故障，現(xiàn)場檢查35kVⅠ段母線未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，因此故障點(diǎn)應(yīng)在站外線路上。故障電流二次有效值達(dá)到 26A，大于保護(hù)動作定值14.5A，保護(hù)動作跳開310開關(guān)。圖3—圖6分別為故障發(fā)生時1#、2#主變高低壓側(cè)故障電壓、電流錄波圖。從圖中可見，1#主變高壓側(cè)站外線路上發(fā)生了AB相間短路故障，主變高壓側(cè)二次電流有效值達(dá)到9.7A，低壓側(cè)二次電流有效值達(dá)到4.0A，均大于后備保護(hù)動作定值，由于兩臺主變后備保護(hù)定值設(shè)置完全相同，因此1#、2#主變同時動作跳閘，全站失電。
表3 故障發(fā)生后電流有效值
圖2 310保護(hù)測控裝置錄波圖
圖3 1#主變高壓側(cè)錄波圖
圖4 1#主變低壓側(cè)錄波圖
圖5 2#主變高壓側(cè)錄波圖
圖6 2#主變低壓側(cè)錄波圖
圖7所示為 1#主變高、低壓側(cè) 故障電壓電流相位關(guān)系圖，從圖中可見，1#主變高壓側(cè)電流 IAH滯后于 UAB的相位大于 180°，表明故障電流是從主變流向母線，1#主變低壓側(cè) B、C兩相電流同相位且大小相等，與A相電流反相且為A相電流的一半，表明高壓側(cè)發(fā)生了AB相間短路故障，低壓側(cè)電流IAL與電壓UCL的相位關(guān)系，則表明故障電流經(jīng)低壓側(cè)流向高壓側(cè)。對2#主變故障量進(jìn)行向量分析后可以發(fā)現(xiàn)，1#主變高壓側(cè) AB相間短路故障對于1#主變是反方向故障，對于2#主變是正方向故障，即故障電流流經(jīng)的路徑為：35kV 321衛(wèi)朱線→2#主變高壓側(cè)→2#主變低壓側(cè)→1#主變低壓側(cè)→1#主變高壓側(cè)→35kV 336衛(wèi)施線A、B兩相故障點(diǎn)。
圖7 1#主變高低壓側(cè)故障電壓電流向量圖
因此，本次故障發(fā)生過程為35kV站外336衛(wèi)施線由于雷擊等原因發(fā)生 A、B兩相短路，短路電流大于310開關(guān)過流保護(hù)定值（這時1#、2#主變高、低壓側(cè)沒有故障電流流過），因此由延時的310過流Ⅰ段保護(hù)動作跳開310開關(guān)。一般來講，對變電站兩臺變壓器并列運(yùn)行的情況，其高、低壓側(cè)過流保護(hù)均采用以較短時限跳母線分段，以較長時限跳變壓器兩側(cè)開關(guān)。因此，310開關(guān)跳開后1#、2#主變?nèi)栽谶\(yùn)行，且低壓側(cè)為單母線接線，這樣故障電流經(jīng)1#、2#主變串聯(lián)回路繼續(xù)流向故障點(diǎn)，因串聯(lián)了兩臺主變短路阻抗后的整個回路的阻抗大大增加，
因此故障電流降至主變后備保護(hù)動作區(qū)，經(jīng)延時1#、2#主變高、低壓側(cè)后備保護(hù)動作切除故障。
4.3 改進(jìn)措施
本次故障發(fā)生的變電站低壓側(cè)為單母接線，且該站在保護(hù)配置上以較短時限跳母線分段，以較長時限跳變壓器兩側(cè)開關(guān)造成分段 310開關(guān)跳開后1#、2#主變?nèi)栽谶\(yùn)行，1#主變高壓側(cè)站外線路上發(fā)生AB相間短路故障，根據(jù)選擇性1#主變高后備保護(hù)動作隔離故障點(diǎn)，而定值整定上沒有考慮該變電站實(shí)際的接線方式將兩臺變壓器的后備保護(hù)定值整定的完全一樣，造成無選擇性跳閘而全站失電，為了避免類似故障的再次發(fā)生，可以從以下3個方面進(jìn)行整改。
1）該變電站主要為居民負(fù)荷供電，考慮到變壓器的容量及負(fù)荷情況，在雷電多發(fā)季節(jié)，可以調(diào)整該站運(yùn)行方式，1#主變熱備用，2#主變運(yùn)行，這樣在不調(diào)整定值的情況下可以避免類似故障的再次發(fā)生。
2）321衛(wèi)朱線是該站的主供電源，其線路保護(hù)由對側(cè)220kV朱橋變的35kV出線配置，而336衛(wèi)施線對側(cè) 35kV變電站高壓側(cè)為內(nèi)橋接線，運(yùn)方為進(jìn)線備投，衛(wèi)施線是其備用進(jìn)線電源，正常情況下，衛(wèi)施線上無負(fù)荷電流。因此針對此次故障，若不改變該站運(yùn)行方式，兩臺主變并列運(yùn)行時，為了兼顧保護(hù)的靈敏性及選擇性，可調(diào)整兩臺主變后備保護(hù)動作時間，1#主變后備保護(hù)動作時間整定保持不變，將2#主變高、低后備過流保護(hù)時間延時調(diào)整為2.5s。當(dāng)衛(wèi)施線再次發(fā)生接地短路時，1#主變后備保護(hù)先動作切除故障，2#主變帶負(fù)荷運(yùn)行，不影響正常供電，而當(dāng)衛(wèi)朱線發(fā)生故障時，對側(cè)線路保護(hù)動作切除故障，1#、2#主變后備保護(hù)的差異化配置不會影響跳閘快速性。
3）改變該變電站一次接線方式，低壓側(cè)母線增加分段開關(guān)，兩臺主變分列運(yùn)行，衛(wèi)施線發(fā)生接地故障，310母聯(lián)跳閘后1#主變停運(yùn)2#主變運(yùn)行，減小了停電范圍，雖然損失部分負(fù)荷，但這種接線方式可以避免既有接線下低壓側(cè)母線故障造成的全站失電。
5 結(jié)論
線路發(fā)生相間短路故障，故障電流達(dá)到保護(hù)動作定值，保護(hù)動作行為正確。
本次事故中出線故障引起繼電保護(hù)裝置無選擇性跳閘，導(dǎo)致全站失電，負(fù)荷損失。本文從調(diào)整運(yùn)方、定值整定、改善一次接線方式3個方面提出了改進(jìn)措施，以便當(dāng)類似故障再次發(fā)生時，有效隔離故障點(diǎn)，縮小停電范圍。
在日常的檢修維護(hù)工作中，應(yīng)加強(qiáng)對類似接線變電站的巡視檢查，發(fā)現(xiàn)類似問題應(yīng)及時整改，降低運(yùn)行風(fēng)險，以保證電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
［1］韓禎祥，吳國炎.電力系統(tǒng)分析［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1997.
［2］高中德，舒治淮，王德林，等.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京：中國電力出版社，2009.
［3］孫國凱.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.
Cause Analysis of Substation Main Transformer Failure Caused by Line Fault
Zhang Qiang Wu Shaowu Shi Da
（Jiangsu Power Grid Corporation Huaian Power Supply Company，Huai'an，Jiangsu 223002）
The transmission line of a substation occur a 35kV short-circuit fault which causes the two main transformer of the substation to stop operation.Through inspection of fault place and recorded fault data，the paper analyses the cause of the action of the main transformer protection caused by line fault，and gives some specific recommendations in order to ensure the safe operation of the system equipment.
relay protection； short circuit fault； main transformer； protection fixed value setting
張 強(qiáng)（1985-），男，江蘇泗陽人，研究生，工程師，主要從事變電檢修一、二次的研究工作。
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張 強(qiáng) 吳紹武 史 達(dá)
（江蘇省電力公司淮安供電公司，江蘇 淮安 223002）
某變電站35kV線路發(fā)生短路故障，引起該變電站兩臺運(yùn)行主變?nèi)?，全站失電。通過現(xiàn)場檢查及故障錄波圖，對線路故障而主變保護(hù)動作的原因進(jìn)行了分析，并提出了針對性的建議，以保證系統(tǒng)設(shè)備的安全運(yùn)行。
繼電保護(hù)；短路故障；主變；定值整定
1 事故情況介紹
2013年8月18日某35kV變電站進(jìn)線電源線路故障，該站外橋斷路器保護(hù)動作跳閘后，1#、2#主變后備保護(hù)動作，1#、2#主變?nèi)?，造成全站失電?/p>
2 事故前運(yùn)行方式
變電站主接線如圖1所示，主變高壓側(cè)為外橋接線，301、302、310斷路器運(yùn)行，1#、2#主變運(yùn)行，321衛(wèi)朱線為該變電站的主供電源，外橋 310斷路器有穿越功率，336衛(wèi)施線為對側(cè)35kV變電站供電，10kV母線為單母線接線，112、113、114線路運(yùn)行。
3 事故經(jīng)過
2013年8月18日17時15分34秒，35kV變電站進(jìn)線電源線路故障。故障后，變電站外橋 310斷路器保護(hù)過流Ⅰ段動作，310斷路器跳閘。17時15分 35秒，1#、2#主變高、低后備過流Ⅰ、Ⅱ段t1、t2同時動作，跳開 301、101、302、102開關(guān)，1#、2#主變?nèi)Ｔ斐扇臼щ?。一次系統(tǒng)主接線圖如圖1所示。
圖1 一次系統(tǒng)主接線圖
4 保護(hù)動作分析
4.1 保護(hù)定值整定
外橋 310斷路器的定值整定見表 1。1#、2#主變高、低后備保護(hù)的定值整定情況相同，見表2。
表1 外橋310開關(guān)保護(hù)定值
表2 1#、2#主變后備保護(hù)定值
4.2 保護(hù)動作行為分析
故障發(fā)生時310開關(guān)及1#、2#主變高、低壓側(cè)的故障電流有效值見表 3。外橋 310斷路器的故障錄波如圖2所示，A、B兩相電流反相，進(jìn)一步分析圖中故障電壓、電流的相位關(guān)系后發(fā)現(xiàn)310開關(guān)的Ⅰ段母線側(cè)發(fā)生了A、B兩相接地短路故障，現(xiàn)場檢查35kVⅠ段母線未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，因此故障點(diǎn)應(yīng)在站外線路上。故障電流二次有效值達(dá)到 26A，大于保護(hù)動作定值14.5A，保護(hù)動作跳開310開關(guān)。圖3—圖6分別為故障發(fā)生時1#、2#主變高低壓側(cè)故障電壓、電流錄波圖。從圖中可見，1#主變高壓側(cè)站外線路上發(fā)生了AB相間短路故障，主變高壓側(cè)二次電流有效值達(dá)到9.7A，低壓側(cè)二次電流有效值達(dá)到4.0A，均大于后備保護(hù)動作定值，由于兩臺主變后備保護(hù)定值設(shè)置完全相同，因此1#、2#主變同時動作跳閘，全站失電。
表3 故障發(fā)生后電流有效值
圖2 310保護(hù)測控裝置錄波圖
圖3 1#主變高壓側(cè)錄波圖
圖4 1#主變低壓側(cè)錄波圖
圖5 2#主變高壓側(cè)錄波圖
圖6 2#主變低壓側(cè)錄波圖
圖7所示為 1#主變高、低壓側(cè) 故障電壓電流相位關(guān)系圖，從圖中可見，1#主變高壓側(cè)電流 IAH滯后于 UAB的相位大于 180°，表明故障電流是從主變流向母線，1#主變低壓側(cè) B、C兩相電流同相位且大小相等，與A相電流反相且為A相電流的一半，表明高壓側(cè)發(fā)生了AB相間短路故障，低壓側(cè)電流IAL與電壓UCL的相位關(guān)系，則表明故障電流經(jīng)低壓側(cè)流向高壓側(cè)。對2#主變故障量進(jìn)行向量分析后可以發(fā)現(xiàn)，1#主變高壓側(cè) AB相間短路故障對于1#主變是反方向故障，對于2#主變是正方向故障，即故障電流流經(jīng)的路徑為：35kV 321衛(wèi)朱線→2#主變高壓側(cè)→2#主變低壓側(cè)→1#主變低壓側(cè)→1#主變高壓側(cè)→35kV 336衛(wèi)施線A、B兩相故障點(diǎn)。
圖7 1#主變高低壓側(cè)故障電壓電流向量圖
因此，本次故障發(fā)生過程為35kV站外336衛(wèi)施線由于雷擊等原因發(fā)生 A、B兩相短路，短路電流大于310開關(guān)過流保護(hù)定值（這時1#、2#主變高、低壓側(cè)沒有故障電流流過），因此由延時的310過流Ⅰ段保護(hù)動作跳開310開關(guān)。一般來講，對變電站兩臺變壓器并列運(yùn)行的情況，其高、低壓側(cè)過流保護(hù)均采用以較短時限跳母線分段，以較長時限跳變壓器兩側(cè)開關(guān)。因此，310開關(guān)跳開后1#、2#主變?nèi)栽谶\(yùn)行，且低壓側(cè)為單母線接線，這樣故障電流經(jīng)1#、2#主變串聯(lián)回路繼續(xù)流向故障點(diǎn)，因串聯(lián)了兩臺主變短路阻抗后的整個回路的阻抗大大增加，
因此故障電流降至主變后備保護(hù)動作區(qū)，經(jīng)延時1#、2#主變高、低壓側(cè)后備保護(hù)動作切除故障。
4.3 改進(jìn)措施
本次故障發(fā)生的變電站低壓側(cè)為單母接線，且該站在保護(hù)配置上以較短時限跳母線分段，以較長時限跳變壓器兩側(cè)開關(guān)造成分段 310開關(guān)跳開后1#、2#主變?nèi)栽谶\(yùn)行，1#主變高壓側(cè)站外線路上發(fā)生AB相間短路故障，根據(jù)選擇性1#主變高后備保護(hù)動作隔離故障點(diǎn)，而定值整定上沒有考慮該變電站實(shí)際的接線方式將兩臺變壓器的后備保護(hù)定值整定的完全一樣，造成無選擇性跳閘而全站失電，為了避免類似故障的再次發(fā)生，可以從以下3個方面進(jìn)行整改。
1）該變電站主要為居民負(fù)荷供電，考慮到變壓器的容量及負(fù)荷情況，在雷電多發(fā)季節(jié)，可以調(diào)整該站運(yùn)行方式，1#主變熱備用，2#主變運(yùn)行，這樣在不調(diào)整定值的情況下可以避免類似故障的再次發(fā)生。
2）321衛(wèi)朱線是該站的主供電源，其線路保護(hù)由對側(cè)220kV朱橋變的35kV出線配置，而336衛(wèi)施線對側(cè) 35kV變電站高壓側(cè)為內(nèi)橋接線，運(yùn)方為進(jìn)線備投，衛(wèi)施線是其備用進(jìn)線電源，正常情況下，衛(wèi)施線上無負(fù)荷電流。因此針對此次故障，若不改變該站運(yùn)行方式，兩臺主變并列運(yùn)行時，為了兼顧保護(hù)的靈敏性及選擇性，可調(diào)整兩臺主變后備保護(hù)動作時間，1#主變后備保護(hù)動作時間整定保持不變，將2#主變高、低后備過流保護(hù)時間延時調(diào)整為2.5s。當(dāng)衛(wèi)施線再次發(fā)生接地短路時，1#主變后備保護(hù)先動作切除故障，2#主變帶負(fù)荷運(yùn)行，不影響正常供電，而當(dāng)衛(wèi)朱線發(fā)生故障時，對側(cè)線路保護(hù)動作切除故障，1#、2#主變后備保護(hù)的差異化配置不會影響跳閘快速性。
3）改變該變電站一次接線方式，低壓側(cè)母線增加分段開關(guān)，兩臺主變分列運(yùn)行，衛(wèi)施線發(fā)生接地故障，310母聯(lián)跳閘后1#主變停運(yùn)2#主變運(yùn)行，減小了停電范圍，雖然損失部分負(fù)荷，但這種接線方式可以避免既有接線下低壓側(cè)母線故障造成的全站失電。
5 結(jié)論
線路發(fā)生相間短路故障，故障電流達(dá)到保護(hù)動作定值，保護(hù)動作行為正確。
本次事故中出線故障引起繼電保護(hù)裝置無選擇性跳閘，導(dǎo)致全站失電，負(fù)荷損失。本文從調(diào)整運(yùn)方、定值整定、改善一次接線方式3個方面提出了改進(jìn)措施，以便當(dāng)類似故障再次發(fā)生時，有效隔離故障點(diǎn)，縮小停電范圍。
在日常的檢修維護(hù)工作中，應(yīng)加強(qiáng)對類似接線變電站的巡視檢查，發(fā)現(xiàn)類似問題應(yīng)及時整改，降低運(yùn)行風(fēng)險，以保證電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。
［1］韓禎祥，吳國炎.電力系統(tǒng)分析［M］.杭州：浙江大學(xué)出版社，1997.
［2］高中德，舒治淮，王德林，等.國家電網(wǎng)公司繼電保護(hù)培訓(xùn)教材［M］.北京：中國電力出版社，2009.
［3］孫國凱.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.北京：中國水利水電出版社，2002.
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Zhang Qiang Wu Shaowu Shi Da
（Jiangsu Power Grid Corporation Huaian Power Supply Company，Huai'an，Jiangsu 223002）
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