直流系統(tǒng)異常停運(yùn)致保護(hù)拒動(dòng)處理與預(yù)控措施分析

傅亦宏

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司梅州供電局）

0 引言

根據(jù)變電站直流電源系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范配置要求，目前110kV以上變電站都是配置雙電雙充的直流系統(tǒng)，但規(guī)范并未對(duì)35kV變電站直流系統(tǒng)配置要求作出明確說(shuō)明，因此部分偏遠(yuǎn)地區(qū)35kV變電站依舊配置單電單充直流系統(tǒng)。隨著直流系統(tǒng)運(yùn)行年限增加，蓄電池容量降低是不可避免的問(wèn)題之一，而且2022年也發(fā)布了珠海瓦特蓄電池組輸出開(kāi)關(guān)切換不到位的隱患排查整治文件，當(dāng)蓄電池和充電機(jī)存在某些缺陷，或直流系統(tǒng)輪流停電定檢只有單組運(yùn)行時(shí)，就會(huì)存在直流系統(tǒng)故障停運(yùn)導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)的可能，通過(guò)對(duì)直流系統(tǒng)故障保護(hù)拒動(dòng)處理方法進(jìn)行研究分析，有利于提高運(yùn)行人員事故處理的效率和能力［1-2］。

1 案例分析

某日，110kV A站35kV AC線開(kāi)關(guān)跳閘，重合閘不成功，35kV C站全站通訊中斷，調(diào)度無(wú)法監(jiān)視各級(jí)母線及站內(nèi)間隔狀態(tài)，同時(shí)35kV D站配置的遠(yuǎn)方備自投未動(dòng)作，35kV CD線開(kāi)關(guān)在分閘位置，導(dǎo)致35kV C站全站失壓。變電站系統(tǒng)接線圖如圖1所示。

圖1 變電站系統(tǒng)接線圖

運(yùn)行人員到達(dá)35kV C站檢查發(fā)現(xiàn)，35kV C站全站失壓，交直流系統(tǒng)失壓，主控室及高壓室一二次設(shè)備均失電，UPS裝置未在工作狀態(tài)。全站所有開(kāi)關(guān)均在合閘位置，所有一次設(shè)備外觀無(wú)明顯異常。匯報(bào)給調(diào)度后，隨后調(diào)度下令運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械分閘方式斷開(kāi)35kV AC線開(kāi)關(guān)、10kV故障線路及站內(nèi)電容器開(kāi)關(guān)。

隨后調(diào)控合上35kV D站35kV CD線開(kāi)關(guān)，35kV C站短暫恢復(fù)供電后，全站再次失壓，交直流系統(tǒng)失壓?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)10kV故障線路重合閘動(dòng)作，開(kāi)關(guān)在合閘位置。

最終，調(diào)度通過(guò)10kV饋線轉(zhuǎn)供方式恢復(fù)10kV母線運(yùn)行，站用電及直流系統(tǒng)再次恢復(fù)運(yùn)行。隨后運(yùn)行人員將10kV故障線路停電檢修隔離，并恢復(fù)無(wú)故障設(shè)備正常供電。

2 事件原因分析及改進(jìn)措施

根據(jù)上述案例，我們可以從事件發(fā)生的直接原因和間接原因兩方面進(jìn)行分析，研究本次事件處理過(guò)程中存在的問(wèn)題。

2.1 直接原因分析

案例中，35kV C站僅配置單組充電機(jī)及蓄電池組，投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，存在蓄電池容量下降的重大缺陷，事件發(fā)生時(shí)蓄電池組存在蓄電池開(kāi)路的緊急缺陷。

發(fā)生10kV線路近區(qū)永久性短路故障時(shí)，10kV母線受到較大的沖擊，電壓下降至接近于0，此時(shí)站用交流系統(tǒng)電壓輸出異常，導(dǎo)致直流系統(tǒng)充電機(jī)無(wú)法輸出正常電壓。在蓄電池組存在開(kāi)路、容量下降、輸出開(kāi)關(guān)接觸不良等故障的情況下，就會(huì)造成直流系統(tǒng)失壓，全站二次設(shè)備及直流控制電源失電，全站保護(hù)裝置運(yùn)行異常［3］。根據(jù)繼電保護(hù)通用技術(shù)規(guī)范要求，跳閘出口繼電器的起動(dòng)電壓在直流額定電壓的55%～70%之間，因此當(dāng)10kV母線發(fā)生近區(qū)短路故障時(shí)開(kāi)關(guān)將無(wú)法分閘隔離故障，最終越級(jí)跳開(kāi)110kV A站35kV AC線開(kāi)關(guān)。

其次，運(yùn)行人員在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)實(shí)施機(jī)械分閘斷開(kāi)10kV故障線路時(shí)，未判斷出重合閘不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)的情況，其原理圖如圖2所示。

圖2 開(kāi)關(guān)位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘原理圖

通過(guò)分析開(kāi)關(guān)位置不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘原理圖可知，開(kāi)關(guān)位置處于分閘位置，即TWJ＝1，而合后繼電器KKJ在裝置失電后，手動(dòng)機(jī)械分閘無(wú)法復(fù)歸KKJ合后繼電器，即KKJ＝1，時(shí)間繼電器SJ動(dòng)作，經(jīng)一定延時(shí)后，SJ接點(diǎn)閉合，中間繼電器ZJV電壓起動(dòng)，ZJV接點(diǎn)閉合，ZJI電流自保持，合閘回路導(dǎo)通，合閘線圈HQ得電，重合斷路器，使10kV故障線路開(kāi)關(guān)重合于故障，交直流系統(tǒng)再次失壓。最終采取10kV線路轉(zhuǎn)供對(duì)10kV母線供電的方式，才恢復(fù)了交直流系統(tǒng)運(yùn)行，一定程度延長(zhǎng)了處理事件的時(shí)間。

2.2 間接原因分析

巡維中心和專(zhuān)業(yè)班組對(duì)直流系統(tǒng)存在運(yùn)維不到位的問(wèn)題。對(duì)頻繁告警復(fù)歸的蓄電池信號(hào)重視不足，錯(cuò)失了發(fā)現(xiàn)隱患避免事件發(fā)生的機(jī)會(huì)。當(dāng)蓄電池核容不合格時(shí)，對(duì)可能造成的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估不足，未及時(shí)消缺或采取臨時(shí)措施進(jìn)行控制缺陷的發(fā)展，且蓄電池缺陷多次降級(jí)后仍在長(zhǎng)期運(yùn)行，并未制定相關(guān)的應(yīng)急處置方案，對(duì)可能發(fā)生的事故事件缺少正確快速的處理方法。

3 直流系統(tǒng)停運(yùn)保護(hù)拒動(dòng)處理分析

當(dāng)直流系統(tǒng)異常停運(yùn)時(shí)，即使是普通常見(jiàn)的10kV瞬時(shí)接地故障，也會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)拒動(dòng)越級(jí)跳閘進(jìn)而導(dǎo)致全站失壓。從案例中發(fā)生的事件過(guò)程，我們可以分析總結(jié)出處理因直流系統(tǒng)異常停運(yùn)導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)的處理方法。

3.1 檢查與匯報(bào)

當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，運(yùn)行人員到達(dá)變電站后首先要做的就是檢查，確定變電站設(shè)備狀況并匯報(bào)。從對(duì)案例事件的原因分析可知，當(dāng)直流系統(tǒng)停運(yùn)保護(hù)拒動(dòng)后的現(xiàn)象為：后臺(tái)監(jiān)控、五防計(jì)算機(jī)、二次保護(hù)屏柜等二次裝置將黑屏停止運(yùn)行，開(kāi)關(guān)位置在現(xiàn)場(chǎng)檢查均在合閘，可用驗(yàn)電器或在PT二次側(cè)測(cè)量確認(rèn)母線是否失壓，使用萬(wàn)用表測(cè)量站用交直流母線電壓確認(rèn)站用交直流失壓。然后將現(xiàn)場(chǎng)檢查情況向調(diào)度進(jìn)行第一次匯報(bào)。

由于保護(hù)裝置失電無(wú)法獲取故障間隔信息和保護(hù)動(dòng)作情況，要檢查所有一次設(shè)備以及蓄電池組的狀態(tài)，確認(rèn)站內(nèi)設(shè)備有無(wú)缺陷。站用交直流系統(tǒng)恢復(fù)后要迅速確認(rèn)保護(hù)裝置的動(dòng)作情況并記錄動(dòng)作信息，向調(diào)度進(jìn)行第二次匯報(bào)。

3.2 恢復(fù)站用交直流系統(tǒng)供電

當(dāng)確認(rèn)站用交直流系統(tǒng)失電后，要盡快恢復(fù)站內(nèi)交直流負(fù)荷正常供電，保證保護(hù)裝置、五防系統(tǒng)、變電站自動(dòng)化系統(tǒng)等二次設(shè)備的正常運(yùn)行。

若變電站配置雙電雙充的直流系統(tǒng)，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)一組直流系統(tǒng)正在定檢或者檢修，而另一組直流系統(tǒng)故障停運(yùn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先考慮將檢修中的直流設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行，從而恢復(fù)后臺(tái)監(jiān)控機(jī)和保護(hù)測(cè)控裝置，進(jìn)而可以控制其他正常一次設(shè)備恢復(fù)供電。

若變電站配置單電單充的直流系統(tǒng)，且存在某些缺陷導(dǎo)致蓄電池組無(wú)法恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，則應(yīng)當(dāng)立即聯(lián)系應(yīng)急發(fā)電車(chē)或啟動(dòng)應(yīng)急發(fā)電機(jī)，恢復(fù)交流供電后再利用充電機(jī)恢復(fù)直流母線運(yùn)行。

若應(yīng)急發(fā)電車(chē)短時(shí)間無(wú)法到位，為防止事件等級(jí)擴(kuò)大需要立即恢復(fù)送電時(shí)，則調(diào)度將可能下令將故障間隔斷路器就地機(jī)械分閘隔離，再通過(guò)10kV饋線反供母線、試送越級(jí)跳閘線路等方式恢復(fù)10kV母線及站用變供電。此時(shí)要注意采取措施防止交直流恢復(fù)供電后因斷路器機(jī)械分閘而觸發(fā)保護(hù)的不對(duì)應(yīng)啟動(dòng)重合閘功能，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)再次重合于故障線路，交直流系統(tǒng)再次失電。在斷開(kāi)故障開(kāi)關(guān)，反供、試送母線前，應(yīng)采取以下措施之一［4-5］：

（1）斷開(kāi)故障間隔開(kāi)關(guān)控制電源；

（2）退出保護(hù)裝置重合閘出口壓板；

（3）將故障間隔轉(zhuǎn)冷備用狀態(tài)。

3.3 故障隔離與恢復(fù)其他設(shè)備供電

恢復(fù)站用交直流系統(tǒng)后，則可斷開(kāi)故障開(kāi)關(guān)，拉開(kāi)兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)隔離故障，同時(shí)恢復(fù)其他饋線間隔和站內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行，檢查故障蓄電池組的狀態(tài)，將故障蓄電池隔離并聯(lián)系專(zhuān)業(yè)班組進(jìn)行檢查。對(duì)于單電單充直流系統(tǒng)，還應(yīng)聯(lián)系班組準(zhǔn)備備用直流電源設(shè)備，防止缺陷消缺完成前再次出現(xiàn)此類(lèi)事件。

4 事件發(fā)生后預(yù)控措施分析

開(kāi)展隱患排查，強(qiáng)化缺陷跟蹤。應(yīng)當(dāng)盡快完成故障蓄電池組的更換工作，同時(shí)運(yùn)行人員要對(duì)同樣是配置單電單充直流系統(tǒng)的變電站進(jìn)行相關(guān)的隱患排查，特別是蓄電池組核容不合格，多次報(bào)蓄電池組電壓異常等缺陷的變電站，要加強(qiáng)巡視維護(hù)，及時(shí)做好設(shè)備的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)并不斷跟蹤缺陷發(fā)展情況，并和運(yùn)行專(zhuān)責(zé)及時(shí)溝通消缺安排，盡快完成對(duì)新舊35kV變電站直流系統(tǒng)雙重化改造。

制定應(yīng)急方案，加強(qiáng)事故預(yù)想。從此次事件可以看出，運(yùn)行人員對(duì)直流系統(tǒng)故障，二次設(shè)備失電開(kāi)關(guān)拒動(dòng)的處理過(guò)程存在經(jīng)驗(yàn)不足、思考不足、步驟方法不正確等問(wèn)題。應(yīng)當(dāng)對(duì)此類(lèi)事故事件開(kāi)展事故預(yù)想，對(duì)直流系統(tǒng)不滿(mǎn)足N-1配置的變電站制定相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案，提高人員的應(yīng)急處置能力。

5 日常運(yùn)維注意事項(xiàng)

為避免發(fā)生直流系統(tǒng)異常停運(yùn)導(dǎo)致保護(hù)拒動(dòng)的情況，對(duì)于直流系統(tǒng)的巡視維護(hù)，要重點(diǎn)關(guān)注直流充電機(jī)、直流饋線和蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)。檢查直流充電機(jī)各整流模塊運(yùn)行正常，直流充電機(jī)、直流饋線屏柜上電源正常，屏柜內(nèi)部空開(kāi)、把手處于正確位置，交直流表計(jì)顯示運(yùn)行值正常，二次裝置液晶顯示正常，監(jiān)測(cè)裝置無(wú)異常告警，裝置無(wú)異常振動(dòng)、異常聲音及異味；檢查各直流饋線絕緣監(jiān)測(cè)狀態(tài)正常，無(wú)直流接地，交流竄入等現(xiàn)象；檢查蓄電池組單節(jié)電池電壓正常，無(wú)過(guò)壓及欠壓現(xiàn)象，運(yùn)行溫度正常，蓄電池?zé)o漏液鼓包，無(wú)異常聲音及異味。

由于蓄電池對(duì)工作的環(huán)境要求較高，應(yīng)在蓄電池室建設(shè)期間，依據(jù)南方電網(wǎng)變電站建設(shè)規(guī)范，做好相關(guān)土建電氣的驗(yàn)收工作，采取安裝防爆空調(diào)和防爆燈具、封閉窗戶(hù)、暗敷線路等防火措施，保證蓄電池組投產(chǎn)運(yùn)行后運(yùn)行環(huán)境的穩(wěn)定。

對(duì)于直流系統(tǒng)設(shè)備的巡視維護(hù)管理，運(yùn)行人員要實(shí)時(shí)了解設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，做好運(yùn)維數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并與運(yùn)行專(zhuān)責(zé)溝通處理，必要時(shí)應(yīng)當(dāng)做好相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案，避免出現(xiàn)因直流系統(tǒng)故障而擴(kuò)大事故事件影響范圍的安全隱患。

6 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的電網(wǎng)建設(shè)呈逐年加快的態(tài)勢(shì)，電網(wǎng)架構(gòu)越來(lái)越可靠，但部分變電站由于項(xiàng)目投資、批次缺陷、蓄電池自身特性等原因仍然存在直流系統(tǒng)帶缺陷運(yùn)行的情況，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，案例中發(fā)生安全隱患的概率也會(huì)大大增加。運(yùn)行人員必須做到未雨綢繆，有必要了解變電站直流系統(tǒng)運(yùn)行原理和運(yùn)維方法，提高運(yùn)維人員技能素養(yǎng)和認(rèn)知素養(yǎng)，對(duì)事故事件的發(fā)生做出正確、快速、安全的應(yīng)對(duì)，保障變電站設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。