站用电源系统配合存在风险点分析与管控措施

2014-03-27

中国新技术新产品 2014年18期

（深圳供电局有限公司，广东深圳 518000）

侯捷卢正飞欧阳力

（深圳供电局有限公司，广东深圳 518000）

变电站站用交流电源系统（以下简称站用电）是指由站用变压器电源、站用变压器、380V低压配电屏、保护测控、交流供电网络组成的系统，为直流逆变、变压器冷却装置、动力机具、空调等生产与生活设备提供可靠的交流电源。变电站站用电能否安全、稳定、可靠运行，不但直接关系到站内用电的畅通，而且涉及到电力系统能否正常运行。但由于前期站用电源设计缺乏规范，站用电系统的继电保护配合问题没有引起足够重视，给站用交流电源系统运行管理工作带来较多的危险点。因此合理规范站用电系统各级保护定值配合，通过正确的切除故障或尽可能的缩小事故范围，对供电的可靠性控和不间断有现实需求意义和必要性。

站用；电源系统；风险；管控

1 站用系统保护特性不同上下级配合困难的风险与管控措施

1.1 风险点一：站用电系统380V低压空气开关一般配置瞬时、长延时、短延时保护，特性多为反时限，站用变高压侧保护为定时限保护，两者之间不能实现级差配合。

1.1.1 风险分析

当变低380V侧发生各类型故障，站用变过流和低压零序保护均能感受到故障量，且感受的故障量的大小均大于等于站用电进线开关保护所感受的，导致站用变过流Ⅱ和低压零序保护越级动作，站用变跳闸。

以站用电额定容量S=400kVA，额定电流为23.1A/577.4A，短路电压百分比Ud=4%，接线方式为△/Yo-11，不考虑系统阻抗和电缆阻抗。

1.1.2 管控措施

站用电智能型进线监控模块扩展定时限过流保护、定时限零序过流保护；对于传统型的站用交流系统，加装过流和零序保护（继电器），该保护定值应与站用变过流II段和站用变低压零序保护配合，使380V侧故障严格、有效地控制在站用电进线开关，杜绝站用变越级跳闸和380V单一故障，全站交流系统失压。

1.2 风险点二：站用电380V各级空气开关设置不合理

1.2.1 风险分析

站用电380V各级空气开关设置不合理，不能有选择性地隔离故障。上级保护越级动作，造成停电范围的扩大。

1.2.2 管控措施

因时间级差所限，不考虑分支馈线开关以后的第三、第四级的配合关系，失配点设在第三级，第三级的灵敏度应大于分支馈线开关，跳闸时间整定为零秒。（考虑到第四级开关带用电设备，是故障多发点，而从变低到第四级开关之前，故障发生几率低，因此另一种方案是将第二级、第三级开关的跳闸时间都设为0.3秒，第四级设为0秒。）

1.3 风险点三：站用变高低压侧保护配置差异存在的整定风险

1.3.1 风险分析

（1）低压侧过流只投了一段，按照与变高过流二段进行配合。

当故障电流值处于高压侧过流三段定值与过流二段定值之间时，低压侧保护都不动作，高压侧过流三段动作，造成越级跳闸。

（2）高压侧只有一带延时过流段，低压侧配合。

高压侧带延时的过流段一般按保变低有灵敏度整定，时间取0.9秒。变低过流保护可取一段，与高压侧按配合系数1.1整定，时间取0.6秒。但如果高压侧因受CT变比限制造成定值过大，变低过流保护按照与其配合造成躲不过消防水泵启动电流，或者对变低故障灵敏度不足等情况。

1.3.2 管控措施

（1）对于低压侧外加的保护只有一段的，可以把变低进线总开关本身自带的一段短延时保护也投入；至于变低总开关自带保护、外加的保护与变高哪个过流段配合整定，需要视乎两个保护的技术特性综合考虑决定。

（2）对于IP-03此类微机型装置具有两段过流保护的，都投入，分别与高压侧过流二、三段配合整定。

（3）当高压侧只有一段延时过流，此时变低过流定值应综合考虑三点：①与变高定值配合；②躲消防水泵；③对变低故障有灵敏度。尽可能三者均满足。如果一个过流段无法满足三者，可考虑设置两个过流段。高定值、短延时的过流段按切除短路故障整定，低定值、长延时的过流段按躲消防水泵、负荷电流整定。

2 站用系统零序保护配合存在风险与管控措施

2.1 风险点一：站用电检测模块的零序保护不能真正反应实际电流的风险

2.1.1 风险分析

网内变电站站用变低压侧中性点一般都装设零序CT，其二次电流回路接入站用变高压侧保护装置，作为低压侧发生接地故障的后备保护。但近年来在低压配电柜加装的零序保护模块,模块检测剩余电流IA+IB+IC+IN,即漏电保护原理，这种接线方式存在问题如图2所示，图1给出了正确的接线方式。

由图1可知，该接线方式既反映接地故障时的故障电流，也反映相线-零线（N线）短路时的故障电流。正常时流过CT的电流是三相不平衡电流，因此在整定上需要躲开最大三相不平衡电流。下面分析错误接线方式下，发生单相接地故障时的零序电流分布情况。

带两个站用变压器的站用电系统结构图可等效为图3所示。如图3所示，当#1站用变的出线发生接地时，由于中性线N两点接地，接地电流I0会产生分流，这样流过#1站用变的中性点零序CT的电流将不是接地电流，而是I01，变小了。与此同时，#2站用变的中性点零序CT也会有电流流过，大小为I02。因此，若按上图接线方式，会出现两台站用变都跳闸，或都不跳闸的情况。

2.1.2 管控措施

将零序保护模块接线改接，使其检测三相电流的矢量和，即零序电流3I0=IA+IB+IC。该接线方式反映接地故障、相线对零线短路，正常时流过接地电流检测回路的电流是三相不平衡电流。

2.2 风险点二：站用变过流保护和变低零序保护动作后均不闭锁380V备自投，带故障备投至另一台站用变，造成两台站用变失压，扩大事故范围。

2.2.1 风险分析

站用变低压零序保护动作后不闭锁380V备自投，当380V单一接地故障时，因老站的站用电进线开关未配置零序保护（或漏电保护），站用变低压零序保护动作，跳站用变开关，因不闭锁380V备自投，380V备自投动作，将故障引入另一台站用变，造成两台站用变跳闸，全站交流系统失压。

2.2.2 管控措施

图1 站用变低压侧中性点零序CT正确接线方式

图2 站用变低压侧中性点零序CT错误接线方式

站用电智能型进线监控模块升级零序保护功能，站用电进线零序保护动作闭锁380V备自投。

2.2.3 案例分析

2012年110kV某变电站发生馈线支路ABC相间短路,馈线开关不跳闸,站用交流进线开关不跳闸,站变过流保护越级动作, 不闭锁380V备自投动作切换，造成全站站用交流电源失电。

事故原因：

（1）开关在ABC相间短路故障后热磁保护动作曲线与站变保护没有配合，无法及时隔离故障；

（2）站变过流保护越级动作跳闸后，380V备自投切换扩大了事故范围。

2.3 风险点三：站用变高压零序和低压零序保护缺失。

2.3.1 风险分析

某些站没有站用变变高压零序CT和低压零序CT以及相关二次电缆，如380V侧发生接地故障，存在站用变过流II段保护动作的风险。

2.3.2 管控措施

增加使站用变具备高压零序保护和低压零序保护功能。

2.4 风险点四：配电屏零序电流保护继电器设计存在风险

2.4.1 风险分析

配电屏零序电流保护继电器工作电源采用其自身馈线交流电源，当工作电源刚好与接地故障相同相时，接地故障发生会使交流电压会降低，从而影响到零序继电器的动作，甚至拒动。

2.4.2 风险分析

将配电屏零序电流保护继电器工作电源改为采用直流电源。

3 站用系统设计与消防水泵启动配合存在风险与管控措施

3.1 风险点一：站用变容量偏小

3.1.1 风险分析

消防水泵一般采用异步电动机，其起动电流一般为7～8倍额定电流，且起动时间较长。如消防水泵电机功率与站用变容量不匹配，站用变过流II段（按躲开站用变最大负荷电流整定）无法从定值或时间上躲过消防水泵启动电流。在对做主变水喷雾或发生火灾，消防水泵启动时，存在站用变开关跳闸的风险。

按《南方电网10kV～110kV系统继电保护整定计算规程》，站用变过流II段最大只能整定2.1 Ie1，上下级配合系数取1.1，站用电过流保护最大1.9Ie1；消防水泵启动电流10Ie2计算（取7 Ie2，可靠系数取1.5），粗略计算，站用变容量与水泵主电机功率比≤10/1.9=5.3时，过流II段定值均不能躲过消防水泵启动电流。

3.1.2 管控措施

在变电站的设计阶段，应充分考虑像消防水泵异步电动机此类用电设备的特殊性，尽量选择容量较大的站用变，以满足站用电整体负荷水平要求。若变电站内存在多台消防水泵，则在其自动启动回路的设计上和使用消防水泵时应尽量避免同时启动多台消防水泵。两台消防水泵启动的相隔时间不宜低于30秒，以避免造成启动电流过大导致站用变过流保护跳闸。

3.1.3 案例分析

2013年某站#2主变检修停电，运行人员对#2主变消防喷水设备进行喷水检查。当运行人员启动消防泵后，#2站用变变高开关ST1随即跳闸，大约13秒后，#1站用变变高开关ST1也跳闸。

消防水泵接入两路交流工作电源，两路工作电源分别引自#1站用变和#2站用变。两路工作电源通过自动切换装置进行自动切换，当自动切换装置切在“自动”位置时，若一路工作电源失去，自动装置经延时后会自动切换至另一路工作电源；当自动切换装置切在“手工”位置时，则固定由选定的一路电源供电，失电后不能实现自动切换。

事件发生当天，该站消防水泵双电源自动切换装置切在“自动”位置，选择由第二路工作电源供电（来自#2站用变）。该消防水泵为三相异步电动机，额定功率为110kW，额定电流为166A。异步电动机因其电气特性，启动阶段的电流会大于额定电流，一般可达额定电流的2至7倍，启动持续时间约为5至20秒。该站站站用变容量为315kVA，低压侧额定电流为455A，消防水泵启动电流按4倍考虑，足以达到站用变额定电流的1.47倍（即变高过流II段定值）。

该站#1、2站站用变保护装置保护报告记录下的故障电流为0.04A，折算至低压侧一次值为660A，约为消防水泵额定电流为4倍，符合其启动电流特点。#2站用变跳闸后，消防水泵第二路电源失压，双电源自动切换装置经约6秒（整定为2.4秒,但实际约为6秒），自动切换至第一路电源（由#1站用变供），消防水泵再次启动，启动电流达到#1站用变变高过流II段定值后，经600ms延时，#1站用变变高开关跳闸。

3.2 风险点二：消防水泵启动造成过流保护动作风险分析与管控措施

3.2.1 风险分析

按照规程规定，站用变变高延时段过流保护按照躲站用变额定负荷电流整定，并对站用变低压侧故障有不小于1.5的灵敏系数，定值整定未考虑消防水泵启动的影响，会造成消防水泵启动时，过流保护动作跳闸。

3.2.2 管控措施