一起35 kV變電站10 kV站變跳閘分析

祁彥威

（廣東電網(wǎng)有限責任公司韶關供電局，廣東 韶關512000）

變電站交流系統(tǒng)擔負著直流充電機、主變冷卻器、刀閘控制回路、斷路器儲能回路等重要回路的供電任務，站用電系統(tǒng)故障將直接危及電力一二次設備的安全運行，站用變是變電站站用交流系統(tǒng)的電源，站變跳閘將會導致交流系統(tǒng)失電。廣東某35 kV變電站380 V站用電系統(tǒng)為單母線接線方式，2021年6月，該站站變低壓零流保護動作跳閘同時閉鎖ATS，導致該站全站站用電系統(tǒng)失壓，事件暴露出了站變低壓零序TA安裝位置不合理，外部電網(wǎng)電源波動，導致站變低壓零序保護動作跳開站變兩側(cè)開關，通過更改低壓零序TA位置，消除了這一隱患。

1 事件過程

1.1 故障前運行方式及站用變系統(tǒng)

35 kVA站在系統(tǒng)中的接線方式為，正常運行方式由35 kV L1線單線供電，如圖1所示，35 kVA站經(jīng)35 kV B站串供于電源110 kV D站，35 kV BC線作為35 kV C站的備用電源，35 kV C站經(jīng)35 kV E站串供于電源110 kV F站上。35 kV B站、C站、E站之間投入遠方備自投。35 kVA站35 kV單電源單母線接線，兩臺主變10 kV側(cè)分列運行，10 kV分段500開關熱備用狀態(tài)。10 kV#1站變和10 kV#2站變均在運行狀態(tài)。兩臺站變?nèi)萘烤鶠?00 kVA，型號廠家相同，接線組別為Dyn11，高壓側(cè)額定電流為5.7 A，低壓側(cè)額定電流為144.3 A。站用電為雙電源進線，380 V母線單母線接線，接于經(jīng)ATS電源切換后的進線上，站用電各饋線分支布置在交流饋電屏上經(jīng)各分支空開向各交流負荷供電。站用電系統(tǒng)運行在自動切換模式1，即#1站變主供，#2站變備用，#1交流進線失電后自動切換至#2站變供電，當#1交流進線恢復時自動切回#1站變供電。

圖1 35 kV A站在系統(tǒng)中的接線方式

1.2 故障后運行方式

35 kV BC線跳閘、A站10 kV#1站變兩側(cè)開關跳閘，A站全站站用電失壓，直流系統(tǒng)由直流充電機供電轉(zhuǎn)為由蓄電池組供電。圖2為故障后的運行狀態(tài)。

圖2 35 kV BC線故障后系統(tǒng)方式

1.3 保護動作過程

保護裝置對時正常，保護動作過程詳細時序如表1所示。

表1 保護動作時序表

2 事件分析

2.1 35 kV A站#1站變保護動作情況分析

2021年06月17日17:03:00.572，35 kVA站10 kV#1站變571開關低壓零序過流1時限動作。低壓側(cè)開關1QF空氣開關跳閘，站用交流ATS閉鎖。此次故障，零序電流I01=0.7 A＞0.47 A（低壓零序定值），#1站變定值如表2所示，保護正確動作。由于ATS閉鎖，站用交流ATS未進行切換，站用交流系統(tǒng)失壓。

表2 35 kVA站#1站變571開關相關定值表

2.2 35 kV A站交流系統(tǒng)運行情況分析

經(jīng)查驗，故障電流小于接地短路電流，同時沒有其他空開跳閘，故可排除為站用電系統(tǒng)發(fā)生接地導致的保護動作。同時#1站變送電后三相電壓很平衡，進一步驗證了站用交流系統(tǒng)沒有接地故障。

2.3 35 kV B站35 kV BC線313開關保護動作情況分析

2021年06月17日17:3:01.188，35 kV B站35 kV BC線線路故障，過流I段保護動作，313開關跳閘，重合閘成功；故障相別為AC，故障電流1365 A，A相二次值為2.275 A，C相二次值為2.278 A，大于過流I段定值1.67 A，保護正確動作。

2.4 級差配合檢查

A站站用交流系統(tǒng)低壓側(cè)進線1QF空氣開關額定電流為400 A，交流分開關額定電流值為100 A。符合規(guī)程要求的級差2～4倍的要求。

2.5 定值檢查

A站站變低壓側(cè)額定電流為144.3 A，交流系統(tǒng)定值如表3所示。交流監(jiān)控裝置零序電流為自產(chǎn)，一次電流值換算后為：0.11×400=44 A＜站變低壓側(cè)0.47×100=47 A，定值符合要求。

表3 站用交流系統(tǒng)進線空開定值

根據(jù)《南方電網(wǎng)10～110 kV系統(tǒng)繼電保護整定計算規(guī)程》，站變380 V側(cè)零序電流保護整定原則：380 V側(cè)零序電流定值可按躲站用變正常運行時的不平衡電流整定。

式中：I e為站用變380 V額定電流；K k為可靠系數(shù)，取1.3；K bp為不平衡系數(shù)，取0.25。

380 V側(cè)零序電流保護動作時間定值可參考取2 s，切站用變各側(cè)開關[4]。故I0=1.3×0.25×144.3=47 A，定值整定正確。

2.6 負荷分配檢查

#1站變送電后，現(xiàn)場采用鉗表測得交流系統(tǒng)負荷分配情況如圖3所示，黃底部分為所接負荷相別和負荷值。

圖3 交流負荷測試表

將站用電各相負荷統(tǒng)計計算，如表4所示，A相負荷電流為30.95 A，B相負荷電流為38.9 A，C相負荷電流為31.6 A，A相和C相大小基本相等，B相負荷電流偏大，不平衡電流3I0≈7.9A，與交流監(jiān)控裝置顯示的母線零序一次7.6 A吻合。

表4 站用交流系統(tǒng)各相負荷統(tǒng)計

2.7 A站#1站變跳閘和35 kV系統(tǒng)故障間的關系

根據(jù)表1保護動作過程可知，A站#1站變跳閘前35 kV母線發(fā)生了單相接地故障，因35 kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，系統(tǒng)線電壓保持不變，故10 kV線電壓保持不變，站變接線為Dy11接線，故經(jīng)#1站變變換后的380 V電壓保持不變。但當35 kV系統(tǒng)故障逐漸發(fā)展成AC相短路故障時，35 kV電壓UA、UC電壓相等，大小降低至UB電壓的一半，因主變接線為Yd11，10 kV側(cè)UAC降為接近于0 V，從而導致380 V電壓嚴重不對稱，站用電系統(tǒng)B相電流將遠大于其他相，最大可達到38 A。同時該站安裝的空調(diào)為三相空調(diào)，額定功率為3780 W，最大輸入功率為5700 W，共4臺。根據(jù)

可以算出單臺空調(diào)的額定電流為5.7 A。

空調(diào)電動機缺相時將產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子嚴重發(fā)熱，電流將激增至4～7倍額定電流，考慮兩個最大電流可能不同時達到最大，按5倍額定電流計算，5×5.7×4=114 A。該電流為不平衡電流?？偟牟黄诫娏髯畲罂蛇_到38+114=152 A?？紤]該故障是由35 kV BC線接地故障發(fā)展為BC線相間短路的，故障存在時間較長，由時序表可知故障持續(xù)發(fā)展時間大于站用電跳閘時間（2 s），同時考慮線路阻抗，短路過渡電阻，空調(diào)自身的保護功能等因數(shù)影響，最終導致A站站用電系統(tǒng)的不平衡電流達到了70 A，導致#1站變低壓零序保護動作跳閘。

3 改進措施

A站#1站變跳閘的主要原因是35 kV系統(tǒng)故障時導致了站用電系統(tǒng)低壓零序保護動作造成了站變跳閘。該站變保護的低壓零序電流采用外接零序TA引入，如圖4所示，該零序TA安裝在零線與站變低壓中性點之間，該接線方式將低壓不平衡電流全部采集進了站變保護裝置，從而導致了電流不平衡時的保護誤動。

圖4 零序TA原接線安裝位置

改進措施，如圖5所示，將零序TA位置改至零線與接地點之間。改零序TA安裝位置后，零線上的不平衡電流將不流過零序TA，從而避免不平衡電流對站變保護低壓零序采樣的影響，避免保護的誤動。

圖5 零序TA改接線后的安裝位置

零序TA安裝位置改前改后優(yōu)缺點分析。改前：優(yōu)點是各相對中性線（N線）的短路可以通過低壓零序TA檢測出來，該類故障可通過站變低壓零序保護進行保護；缺點是不平衡電流將會進入零序TA而導致保護誤動。改后：優(yōu)點是不平衡電流不經(jīng)過零序TA，各相電流不平衡不會導致保護誤動；缺點各相對中性線（N線）的短路無法通過站變低壓零序保護檢測出來。零序TA改位置后，各相對中性線（N線）的短路可以通過低壓空氣開關（斷路器）本身的保護進行保護，且相與N間短路的幾率很小。改變零序TA安裝位置后，通過實際模擬不平衡電流，證實了不平衡電流不會流入零序TA，35 kV系統(tǒng)線路故障再未發(fā)生站變低壓零序保護動作跳開站變兩側(cè)開關同時閉鎖ATS導致站用電全失的事件發(fā)生。

4 結束語

通過將站變低壓側(cè)零序TA安裝位置改裝至中性線（N線）與地之間，避免不平衡電流對站變低壓零序保護的影響，防止保護誤動。后期增加其他設備時，從A、C相取交流電源，減小B相的不平衡電流。

35 kVA站是單電源線路供電，抗擾動能力差。35 kV B站BC線一遇暴雨打雷天就會跳閘，這將會影響到A站的供電穩(wěn)定性和電能質(zhì)量。35 kVA站站內(nèi)有35 kV備自投裝置，但是站內(nèi)只有一條35 kV L1線供電，從長遠來看，建議加快增加一條35 kV進線，合理利用35 kV備自投裝置，提高供電穩(wěn)定性。

在調(diào)試驗收時注意關注站變負荷不平衡問題，關注低壓零序TA安裝位置，避免因零序TA位置安裝不當造成保護誤動。