一起110kV变电站交流电源系统事故分析

电力技术

一起110kV变电站交流电源系统事故分析

王石祥

（广东韶关供电局,广东 韶关 512026）

摘　要：交流站用电系统是一个变电站的重要组成部分，交流站用电系统运行的可靠性直接影响电力一次系统的安全运行。本文介绍了一起由于运行人员操作不当引起的交流电缆绝缘烧坏接地事故。同时通过对事故原因进行分析，提出了防范对策。关键词：变电站;站用电;失电;事故;防范对策DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.160

0　引言

　　交流站用电系统是一个变电站的重要组成部分，担负了变电站开关储能、主变冷却器 、直流系统蓄电池充电等重要回路的供电任务，因此交流站用电系统运行的可靠性直接影响电力一次系统的安全运行 。为了提高站用电系统的运行可靠，一般变电站都使用两路电源，有的重要变电站甚至使用三路电源。交流站用电系统同时还使用了自动投切功能，以保证站用电供电的连续性 。但是在使用了多路电源后，在站变并列时，也带来了一些新的问题。本文介绍了一起由站用电系统自投站变并列运行导致的交流站用电事故。

1　事故情况简述

　　2012年1月16日，110kV某变电站因运行人员操作不当，导致交流系统发生10kV #1站用变电源和35kV #2站用变电源两个变比不同的站用变强行并列，从而使该站交流系统出现较大环路电流，致使#1交流电源屏“110kV场地I路交流电源空气开关”与“10kV场地I路交流电源空气开关”以及#2交流电源屏“110kV场地II路交流电源空气开关”与“10kV场地II路交流电源空气开关”全部跳开，相关的电缆绝缘烧坏接地。

2　故障发生经过及分析

2.1　该站交流站用电系统接线

　　如图1所示，该站的交流系统是由两路电源组成。其中#1电源是10kV/380V的站用变，#2电源是35kV/380V的站用变。该站站用电正常方式为：#1站变低压侧 11QS、12QS刀闸在合位，#2站用变低压侧21QS、22QS刀闸在合位。两台交流备自投都是运行在 “方式一”（#1电源为主供电源，#2电源为备用电源），自动切换开关1ATS合闸于#1站变，自动切换开关2ATS也合闸于#1站变，由#1站变带全站的交流负荷。#1交流电源屏“110kV场地I路交流电源空气开关”QF1和#2交流电源屏“110kV场地II路交流电源空气开关”QF2均为合上位置。#1交流电源屏 “10kV场地I路交流电源空气开关”以及#2交流电源屏 “10kV场地II路交流电源空气开关”也同时投入。2.2　故障发生经过

　　2012年1月16日15：10分左右，该站运行人员对交流电源进行切换试验操作（配合厂家对站用交流系统备自投进行检查），断开#2充电屏#1进线电源保险21QS（模拟#1站变断电），此时交流电源系统自动将#2交流屏转由#2站变供电，此时自动切换开关1ATS合闸于#1站变，自动切换开关2ATS合闸于#2站变，由#1站变带一段交流母线负荷，#2站变带二段交流母线负荷，如图2所示，此时#1电源和#2电源出现了强行并列的情况。20分钟后，交流屏QF1、QF2等空气开关跳闸，监控后台 “站用变低压侧母线异常”光字牌亮。2.3　故障分析

　　仅考虑接线组别的因素，主变采用的Y/Y/△-11的接线组别，于是35kV和10kV存在30°的相位差，如果并列运行，其电压差为：　　估算电缆长度为U•=220∠0−220∠−30200 =220−220×(cos30−jsin30)米，截面为6mm2，其纯铜电缆芯的阻值为

≈114∠75 V

=R18.5×0.26≈0.62Ω　　则可算出该环流可达

=IU114R=0.62≈184A图1　站用交流系统正常运行方式图

图2　站用交流系统故障时运行方式图

该站交流屏交流空开额定电流为63A，其脱扣特性如表1所示。

　　从上述计算所得可知，该环流未达到空气开关速跳电流值（环流为184A,约为3In），交流空气开关不能瞬时动作，约20分钟后，空开才热脱扣动作。环路运行的#1交流电源屏“110kV场地I路交流电源空气开关”与“10kV场地I路交流电源空气开关”，以及“#2交流电源屏110kV场地II路交流电源空气开关”与“10kV场地II路交 （下转第246页）

理论研究

（上接第181页）

流电源空气开关”均延时跳开，而长时间的大电流使相关的电缆绝缘烧坏。

表1 　ABB C型空气开关脱口特性

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自两个不同站变的空开同时合上将出现环流，甚至会出现类似本次故障的严重后果，因此必须在运行方面加于严格管理。

　　（1）重新审核变电站的二次规程及其相应的典票，禁止采用环路供电方式的两路空气开关同时在两个交流屏投入。梳理变电站交流电源配置情况，将环路供电或双回路区域供电的联络开关找出，并打印标签，注明“正常运行，严禁投入” 。进行站用交流备自投的切换试验时必须首先确认两路空气开关没有同时投入以防交流环路运行，对运行人员开展相应培训。　　（2）将变电站的两套站用电源屏运行模式改为“自动电源一”或“自动电源二”模式，保证两条母线使用同一站变，对于有站外电源的，将站外电源站用变置备用状态。由于使用单独站变供电，需要定期做好站用电源切换试验。

　　（3）对于双回路供电的设备和装置，对于可能出现合环情况的，在显眼位置粘贴“禁止合环”的标识，并且开关状态标识清晰，可以明确判断在某个位置处于何种状态。

参考文献：

[1]张全元主编.变电运行现场技术问答[J].北京:中国电力出版社,2003.

[2]贾伟主编.电网运行与管理技术问答[J].北京:中国电力出版社,2007.

[3]陈家斌主编.电工速查手册[K].河南科技出版社出版,2008.[4]范锡普主编.发电厂电气部分.北京:中国电力出版社,1995(11).作者简介：王石祥（1982-），男，湖南岳阳人，本科，工程师，研究方向：电气系统及其自动化。

2.4　事故结论

　　通过上述分析及现场检验，1月 16日异常跳闸的原因为运行人员操作不当，导致交流系统发生10kV #1站用变电源和35kV #2站用变电源两个变比不同的站用变强行并列，从而使该站交流系统出现较大环路电流，致使交流屏部分空气开关热脱扣，相关保护装置失去电源，相关的电缆绝缘烧坏接地。

3　整改措施

　　此次交流系统故障首先源于运行方式的设置不正确，而运行人员在不了解运行方式的情况下盲目进行交流备自投的切换试验所造成的。根据设计规定，断路器、隔离开关的操作及加热负荷，可采用按配电装置区域划分、分别接在两段站用母线的下列双回路供电方式之一，各区域分别设置环形供电网络以开环运行，环网中间不设置刀开关，环网供电间隔不宜超过 8个。 环路供电具有供电方式灵活的优点，不会因某个交流屏空开处故障而造成交流不能供电；但缺点是万一来

电能，再通过电动机使车辆得以驱动运行；电池连接于发电机、电动机相互间，可对其进行充电或输出辅助动力。

3　混合动力汽车发展趋势

　　伴随石油资源的越来越紧张，全球各国不断对主要以石油为燃料的传统动力汽车开展研究，以期可以更好地应对当前能源稀缺的发展形势。于此同时，伴随人们环境保护意识的逐步增强，电动汽车、混合动力汽车必然会转变成未来一段时间里汽车发展的主流，该种新类型的动力汽车相较于传统动力汽车是一场全新的汽车革命，强化混合动力汽车研发，可积极促进国民经济有序健康发展。近年来，计算机技术、自动控制技术以及一系列智能控制技术（诸如神经网络控制系统、自适应控制技术、模糊控制技术）在混合动力汽车中的逐步推广，将进一步推动混合动力汽车的不断发展[3]。

　　（1）推进控制策略的进一步优化。现阶段，我国混合动力汽车控制策略相关研究依旧处在起步发展阶段，还不太成熟。显而易见，相较于串联式控制模式，并联式控制模式要难得多，很大原因在于采取控制策略期间，往往还需考虑燃油成本、车辆运行工况及发动机各项性能等一系列因素，这很大程度上会提升其复杂性。鉴于此，针对现阶段发展实情而言，对当前控制策略开展全面优化是当务之急。

　　（2）并联式混合动力汽车中选取的小容量蓄电池组、小功率电机是一种具备一定发展前景的控制策略。一方面其可减少生产制造成本，一方面其可减轻混合动力汽车自重，有着更高的性价比，可算得上是一种相对理想的系统型式。值得注意问题的是，在应用该种系统时如何有效获取整车最佳燃油经济性。

　　（3）控制系统模块化。经由功能模块发展、组合，进而不断达成汽车动力的电气化。通过不断强化每一模块协调性，实现“一动而动全身”，并确保每一模块的各自独立，即便一个控制模块出现异常情况，亦不会对车辆行使整体安全性带来不利影响[4]。

图3　混联式混合动力系统结构示意图

　　总而言之，伴随人们对环境保护要求的逐步严苛，混合动力汽车是汽车行业发展的主流方向，混合动力汽车技术，作为一种可持续、多样化、可再生新能源时代的共性技术，势必能够得到越来越有效的发展。鉴于此，相关人员务必要清楚认识混合动力汽车的优点、混合动力汽车分类及原理，全面分析现阶段提出混合动力汽车控制策略中存在的不足，结合混合动力汽车发展现状，不断钻研研究、总结经验，对优化控制策略开展优化，强化对混合动力汽车控制策略的研究，积极促进混合动力汽车有序健康发展。

参考文献：

[1]马旭.混合动力汽车结构、原理及发展前景研究分析[J].中国科技纵横,2010,09(22):06-08．

[2]朱玉强.浅议混合动力汽车原理及发展前景[J]．山东工业技术,2015,13(07):67．

[3]钮怡飙.混合动力汽车现状及发展趋势浅析[J].汽车与配件,2015(50):49-51．

[4]庄伟超,丁洋,邱立琦,王良模,邹小俊.插电式混合动力汽车控制策略的研究现状及发展趋势[J].机械设计与制造工程,2016,45(06):11-17．

作者简介：杨洪振（1985—），男，河南沈丘人，本科，助教,研究方向：车辆工程。

4　结束语