江西電網(wǎng)35kV變電站全停原因分析及防范措施研究

萬 華，徐碧川，謝國強(qiáng)，張 競

（國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西南昌330096）

0 前言

保證供電可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的一項極為重要的任務(wù)。中斷用戶供電，會導(dǎo)致生產(chǎn)停頓，生活混亂，甚至危及人身和設(shè)備的安全，給國民經(jīng)濟(jì)造成極大損失。電力系統(tǒng)運(yùn)行的首要任務(wù)是滿足用戶對供電可靠性的要求。變電站是聯(lián)系發(fā)電廠和用戶的中間環(huán)節(jié)，起著變換和分配電能的作用，主要包括變壓器、開關(guān)設(shè)備、建筑物以及電力系統(tǒng)安全和控制所需要的設(shè)施，是電力系統(tǒng)的重要組成部分，變電站全停將會嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)供電可靠性[1-2]。

江西電網(wǎng)目前共有800多座35kV變電站，在運(yùn)行過程中，頻繁發(fā)生外部故障導(dǎo)致變電站全停的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響供電可靠性。為了減少省內(nèi)35kV變電站全停次數(shù)，提高35kV變電站供電可靠性，本文針對省內(nèi)35 kV變電站全停案例，分析導(dǎo)致35kV變電站全停的原因。梳理了省內(nèi)35kV變電站存在的問題，并從系統(tǒng)網(wǎng)架完善、設(shè)備改造以及運(yùn)維檢修等方面提出針對性措施，為供電公司對35kV變電站分類改造提供依據(jù)。

1 江西電網(wǎng)35kV變電站全停事件

1.1 變電站全停定義

根據(jù)《國家電網(wǎng)公司安全事故調(diào)查規(guī)程》，變電站全停指該變電站各級電壓母線轉(zhuǎn)供負(fù)荷（不包括站用變）均降到零。對于35kV變電站全停，是指35kV母線和10kV母線轉(zhuǎn)供負(fù)荷降為零。本文依據(jù)該規(guī)程的定義確定變電站全停事件。

1.2 35kV變電站全停統(tǒng)計

2016年至2019年，經(jīng)不完全統(tǒng)計，江西公司發(fā)生35kV變電站全停事件554起。按照故障原因分類，其中35kV線路故障494次，占比89.17%，10kV線路故障越級跳閘19次，占比3.43%，站內(nèi)一次設(shè)備故障18次，占比3.25%，站內(nèi)異物短路11次，占比1.99%，保護(hù)誤動9次，占比1.62%，其他原因3次，占比0.54%。具體情況如圖1所示。

圖1 變電站全停原因分類

494起35kV線路故障中，雷擊395次，占比79.96%，電纜終端故障41起，占比8.30%，外破20次，占比4.05%，樹障8次，占比1.62%，山火6次，占比1.21%，其他原因24次，占比4.86%。具體情況如圖2所示。

圖2 35kV線路故障原因分類

根據(jù)全省近3年35kV變電站全停事件統(tǒng)計，可以發(fā)現(xiàn)35kV線路跳閘是導(dǎo)致35kV變電站全停的主要原因，占比接近90%。另外，統(tǒng)計35kV線路跳閘原因，雷擊跳閘的占比最大，占比接近80%。

2 35kV變電站全停原因分析

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱

根據(jù)第3章中江西電網(wǎng)35kV變電站典型接線，35 kV單線的情況下，變電站只有一個電源點(diǎn)，若該條電源線發(fā)生故障跳閘，將導(dǎo)致變電站全停，嚴(yán)重影響供電可靠性。同理若變電站只有1臺主變，當(dāng)主變間隔發(fā)生故障跳閘，也會影響整個35kV變電站供電。目前，江西電網(wǎng)35kV單線變電站281座，占比32.60%。單變變電站206座，占比23.90%。單線且單變的變電站114座，占比13.23%。這些變電站在運(yùn)行中供電可靠性低，由于線路或站內(nèi)設(shè)備故障頻繁導(dǎo)致變電站全停。

在35kV配電網(wǎng)中，經(jīng)常有幾座35kV變電站串接在1條35kV線路上。變電站串接時，35kV線路跳閘將導(dǎo)致35kV變電站全站失壓同時影響后端串電源變電站供電穩(wěn)定性，直接造成停電范圍擴(kuò)大。

省內(nèi)35kV變電站10kV母線的接線方式有單母線接線、單母線經(jīng)隔離開關(guān)分段接線以及單母線經(jīng)斷路器分段接線。對于10kV單母線接線以及單母線經(jīng)隔離開關(guān)分段接線，當(dāng)10kV母線發(fā)生故障時，不能通過分段斷路器隔離故障，會導(dǎo)致整條10kV母線停電，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致故障擴(kuò)大致使變電站全停。目前，省內(nèi)35kV變電站中非單變變電站656座，其中10kV未分段的有220座，占比33.54%。

2.2 35kV線路未安裝備自投

35kV變電站一般為終端站，兩條35kV進(jìn)線，為防止電磁環(huán)網(wǎng)，一條線路主供，另一線路熱備用。主供線路正常運(yùn)行時帶全站負(fù)荷。當(dāng)工作線路因故障跳閘造成母線失去電壓時，備自投裝置動作將備用線路自動投入，恢復(fù)供電，不會導(dǎo)致全站失壓。而線路無備自投裝置需通過調(diào)度指令切換至備用線路，會短時導(dǎo)致全站失壓。目前，省內(nèi)有581座非單線變電站，其中453座變電站35kV線路無備自投，占比77.97%。部分變電站未安裝線路PT，不具備備自投動作條件，部分變電站具備條件但未安裝備自投裝置。由于無備自投裝置，導(dǎo)致變電站35kV雖然有2條出線，但是在運(yùn)行過程中主供線路發(fā)生故障跳閘時不能自動切換到備用線路，需要人工切換，引起變電站短時全停[3-4]。

2.3 35kV線路未投入重合閘

根據(jù)省內(nèi)35kV變電站全停事件統(tǒng)計，江西電網(wǎng)35kV線路跳閘原因中，雷擊跳閘的占比最大，接近80%。當(dāng)35kV線路發(fā)生雷擊等瞬時故障時，若線路安裝重合閘，重合閘動作可以恢復(fù)35kV線路供電，避免變電站全停。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，江西公司共有192座35kV變電站未投入線路重合閘，導(dǎo)致35kV線路雷擊跳閘率居高不下，直接影響35kV變電站供電可靠性。部分變電站保護(hù)裝置無重合閘功能，部分35kV線路未安裝線路PT，導(dǎo)致線路重合閘不能正常運(yùn)行。

省內(nèi)部分35kV線路保護(hù)有重合閘功能，由于變電站有分布式電源接入，由于擔(dān)心非同期合閘對分布式電源產(chǎn)生沖擊，運(yùn)行中未投入線路重合閘。傳統(tǒng)配電網(wǎng)的繼電保護(hù)，都是以單側(cè)電源的配電網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)計，其潮流從電源到用戶都是單向流動，系統(tǒng)保護(hù)的設(shè)計通常在變電站線路側(cè)安裝三段式電流保護(hù)，主饋線上裝設(shè)自動重合閘裝置，保證在饋線發(fā)生瞬時性故障時，快速回復(fù)供電，提高系統(tǒng)供電可靠性。然而隨著分布式電源在配電網(wǎng)的大量并入，致使原有的單電源放射狀網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€遍布電源和負(fù)荷的網(wǎng)絡(luò)。分布式電源接入配電網(wǎng)后，若故障出現(xiàn)在系統(tǒng)電源和分布式發(fā)電之間的線路上，此時若分布式電源仍然并列于配電網(wǎng)，則有可能在自動重合閘動作時造成非周期重合閘，會對配電網(wǎng)和分布式電源產(chǎn)生沖擊和破壞。

2.4 一次設(shè)備故障

35kV變電站全停中90%是由線路故障引起，主要故障類型包括雷擊跳閘、外破、樹障、電纜終端頭故障。

除了35kV線路故障外，變電站站內(nèi)一次設(shè)備故障是導(dǎo)致變電站全停的主要原因，35kV變電站內(nèi)一次設(shè)備存在的主要問題包括：老舊設(shè)備、內(nèi)置CT斷路器、GG1A型開關(guān)柜等。

3 防止35kV變電站全停措施

3.1 系統(tǒng)網(wǎng)架完善

1）對于省內(nèi)281座單線、206座單變35kV變電站，若預(yù)留了線路或主變間隔，應(yīng)盡快擴(kuò)建35kV線路或主變，防止因單線或單變停運(yùn)導(dǎo)致整個變電站全停。

2）增加110kV電源點(diǎn)，避免35kV變電站串供，防止1條35kV線路跳閘引起多座變電站停運(yùn)。

3）對于10kV母線未分段變電站，具備條件的應(yīng)在10kV母線加裝分段開關(guān)，或?qū)?0kV開關(guān)進(jìn)行整體改造。同時完善主變低后備保護(hù)跳閘邏輯，防止因10kV線路保護(hù)拒動或10kV開關(guān)拒動導(dǎo)致變電站兩臺主變同跳。

3.2 自動化裝置改造

1）對于35kV架空或混合線路應(yīng)投入重合閘功能，不具備條件的應(yīng)進(jìn)行改造，包括加裝線路PT，更換保護(hù)裝置等。

2）對于大容量分布式電源接入的35kV變電站，重合閘裝置可采用檢無壓重合或者延長重合時間。防止重合閘動作造成非同期沖擊，不具備條件的應(yīng)對重合閘裝置進(jìn)行改造。

3）省內(nèi)共有453座35kV變電站有2條及以上35kV出線且未安裝線路備自投，要求盡快安裝線路備自投裝置，不具備條件的應(yīng)進(jìn)行改造，包括加裝線路PT等。

4）線路重合閘及備自投應(yīng)按照要求相互配合，線路備自投動作時間應(yīng)大于線路保護(hù)各邏輯動作時間之和，以避免備自投裝置出現(xiàn)誤動或拒動的情況時，導(dǎo)致發(fā)生更加嚴(yán)重的電網(wǎng)事故。

3.3 一次設(shè)備運(yùn)維檢修

1）采用內(nèi)置CT的斷路器應(yīng)更換為外置CT型式或罐式斷路器。

2）同類故障多、整體狀況差，防污等級不滿足要求，機(jī)構(gòu)與本體不匹配的老舊隔離開關(guān)逐步安排更新改造。對于不符合完善化要求但運(yùn)行狀態(tài)尚可的老舊隔離開關(guān)進(jìn)行完善化改造。

3）老舊GG1A型開關(guān)柜應(yīng)逐步更換。

4）開展35kV線路差異化防雷改造，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗和雷區(qū)分布圖制定差異化防雷計劃。梳理雷擊頻繁線路并制定切實有效的治理方案。通過完善線路架空地線、降接地電阻、加裝避雷器、更換低零值絕緣子、增加絕緣子片數(shù)等運(yùn)維手段，提升線路防雷能力降低線路跳閘率。

4 結(jié)語

1）江西省接近90%的35kV變電站全停事件是由35kV線路跳閘引起的。接近80%的35kV線路跳閘故障是由雷擊引起的。

2）應(yīng)完善35kV變電站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)自動化裝置改造，配合一次設(shè)備運(yùn)維檢修，減少35kV變電站全停。