直流故障引起全站失压案例分析及防范措施

何 明，王 粟，辛占强

（1广东电网公司云浮供电局，广东 云浮527300；2湖北工业大学电气与电子工程学院，湖北 武汉430068）

220kV变电站110kV甲一线进线门型架高跨连接处遭雷击，使三相高跨引线绝缘子串击穿，A、B相绝缘子掉串，高跨引线脱落搭接在110kVⅡ母线三相上，造成110kV两段母线相继发生三相短路。220kV变电站110kV母线发生三相故障后，10kV电压下降，直流充电机退出运行。110kV母线保护动作，但因蓄电池异常导致直流电源不稳定，造成全站多个开关未跳开，由对侧220kV线路后备保护动作切除故障，220kV变电站失压。［1］

1 事件过程

1.1 事件前的设备运行方式

220kV变电站:云甲一线、云甲二线、云乙线、天云一线、天云二线共5回220kV出线均正常运行；甲一线、甲鹰一线、甲阳一线、甲阳二线、甲二线、甲铝一线、甲铝二线、甲鹰二线、甲鑫线、甲杨线、甲米线共11回110kV出线均正常运行；1、2号主变并列运行，详见文献［1］。

1）云甲一线2110开关、云乙一线2310开关、天云一线2510开关、1号主变220kV侧2201开关运行于Ⅰ母；云甲二线2211开关、天云二线2511开关、2号主变220kV侧2202开关运行于Ⅱ母；2号主变112000中性点合上；4）站用电由1、2号主变10kV侧提供（图1）。

2）甲一线1011开关、甲鹰一线1051开关、甲阳一线1071开关、甲阳二线1081开关、1号主变110kV侧1101开关运行于Ⅰ母；甲二线1012开关、甲铝一线1013开关、甲铝二线1014开关、甲鹰二线1016开关、甲鑫线1412开关、甲杨线1314开关、甲米线1311开关、2号主变1102开关运行于Ⅱ母。

图1 站用变运行方式图

1.2 事故前直流系统运行方式

Ⅰ、Ⅱ段直流母线分列运行，Ⅰ段母线带1号直流馈线柜35路负荷，负荷电流11A，1号充电机工作方式浮充，浮充电流0.5A、Ⅱ段母线带2号直流馈线柜35路负荷。负荷电流8A，2号充电机工作方式浮充，浮充电流0.5A。直流充电机参数见表1。

表1 直流充电机参数图

1.3 站用变运行方式

10kV两段母线分列运行，1号站用变在10kVⅠ母运行、2号站用变在10kVⅡ母运行，两台站用变0.4kV侧分列运行，通过ATS开关互为备用（图1）。

2 事件原因及存在问题分析

2.1 事件起因

变电站110kV甲一线进线门型架高跨连接处遭雷击，使三相高跨引线绝缘子串击穿，A、B相绝缘子掉串，高跨引线脱落搭接在110kVⅡ母线三相上，造成110kV两段母线相继发生三相短路。详见图2。

图2 A、B相进线高跨引线在进线门型架掉串及断线图

2.2 事件直接原因

220kV变电站110kVⅠ、Ⅱ母线发生三相短路时，10kV电压下降到70.5%Ue，站用0.4kV系统电压同样降至70.5%Ue，引起两套直流充电机退出运行（充电机交流输入工作电压在85%～118%Ue范围之内，超过此范围立即闭锁，停止输出）［2］。此时站用直流系统转由蓄电池组供电。110kV母线保护动作，在冲击负荷下，两组蓄电池同时故障导致直流电源不稳定，造成全站多个开关未跳开，由对侧220kV线路后备保护动作切除故障，220kV变电站全站失压。

故障时全站仅母差保护出口动作，发出跳闸命令，当时运行的110kV开关共14台，Ⅰ段直流母线供3台开关、Ⅱ段直流母线供11台开关，每台开关的跳闸电流约2.5A，由此计算，故障时一组蓄电池冲击负荷电流18.5A，二组蓄电池冲击负荷电流35.5A。

对全部15台110kV开关进行了外观检查，对其中4台开关的最低动作电压进行了测试（表2）。

由表2可知，故障时能跳开的开关中，母联110最低动作电压为128V，甲阳二线1081开关为112 V，未跳开的开关甲一线1011开关和甲米线1311开关最低动作电压需要140V，说明故障时直流母线电压在在128V～140V之间，最低动作电压超过140V的开关不能跳闸，以上开关的低电压动作特性均满足规程要求（规程规定直流电压143V以上，开关必需可靠动作，66V以下不得动作）。通过对线路保护装置运行记录的检查，可判断故障时蓄电池电压不停波动，有时低至88V以下。

表2 开关的最低动作电压测试表

2.3 事件间接原因

2.3.1 客观原因 蓄电池质量存在问题，不能承受冲击负荷。对二组各104个蓄电池进行核对性充放电，一组有20只电池在放电过程中电压低于1.8V，说明整组蓄电池经过本次冲击负荷后，已损坏。事故时，在冲击负荷的影响下，一组蓄电池组中81号电池、二组蓄电池组中68、104号电池损坏，两组蓄电池输出电压大幅下降，致使全站绝大部分开关、保护和自动化装置不能正常工作。

按《电力系统直流电源柜订货技术条件（DL/T 459-2000）》要求，大于200Ah容量的2V阀控式密封铅酸蓄电池，应能承受8倍Ⅰ10（10小时率放电电流）的冲击电流，本组电池为300Ah应能承受240A的冲击电流，初步判断蓄电池质量存在问题［3］。

2.3.2 主观原因

1）施工及验收把关不严。未发现蓄电池质量存在问题，不能承受冲击负荷。

2）日常维护工作不到位。事故后用电池巡检仪进行检查和试验，巡检仪可以对电压异常的蓄电池报警，但信号只能在本装置屏幕上显示，未接入监控系统。查询报警记录，未找到故障电池异常的报警信息，运行维护人员不能及时发现蓄电池隐患［4］。

3）由于站五防机与监控机为一体机，如有设备在对位状态时，会影响值班员判断设备正确位置状态。

4）应急处置技能有待提升。缺乏出现类似问题的应急处置预案（处置原则），调度员及值班员应急处置过程不够熟练。

5）应急处置心态不够冷静。应急处置心态较急，操作步骤不完整，个别闭锁装置未及时复归，影响后续操作。

3 防范措施

3.1 技术措施

1）变电站直流系统及蓄电池的日常运行、维护及监视规范、要求等需进一步研究改进和完善。

2）深入研究蓄电池损坏的机理，为蓄电池选型及运维提供参考意见。

3）将变电站电池巡检仪的报警信息接入监控系统，确保运行维护人员及时采取人工干预手段，及时发现蓄电池隐患。

4）基于蓄电池的重要性，在后续的蓄电池设计选型中，对于重要变电站的两组蓄电池建议采用不同厂家的电池，提高直流系统的可靠性。

3.2 组织措施

1）加强运行人员的安全知识和安全意识、责任意识的教育，加强运行人员的责任事件的考核、教育力度，加强运行人员的日常的技术培训，加强运行人员的基本训练和素质。

2）要及时落实好变化管理工作，进行对新设备的原理、操作的培训工作；开展专题培训，使运行人员掌握蓄电池原理及变电站直流系统原理情况。

3）加强南网整定计算规程的宣贯、学习，将规程执行与电网运行实际、规避电网安全风险更好的结合。

4）进一步加强220kV重要变电站母线及相关一、二次设备的运行维护。

5）加强保护整定风险辨识，防止下一级故障越级到高电压等级，考虑尽量将失配点远离变压器。

6）深入开展事件调查，充分认识当前安全生产形势的严峻性、紧迫性和艰巨性、复杂性，举一反三，深刻汲取事件教训，把安全生产工作作为头等大事抓紧抓实，尽职尽责落实好各项安全生产措施，严防类似事件再次发生［5］。

4 结语

变电站直流系统是电力系统输变电设备的重要组成部分，直流系统的运行状况直接关系到电力系统及电网的安全运行，一旦直流电源系统发生故障或异常，就有可能造成继电保护及自动装置拒动或误动，从而对电网的安全稳定运行造成不良的影响，给电力系统和国家的安全生产带来不可估量的损失［6］。

［1］ 缪自强.余正海.变电运行事故分析及处理［M］.北京:中国电力出版社，2002.

［2］ 韩媜祥.电力系统分析［M］.杭州:浙江大学出版社，2006.

［3］ 白忠敏，刘百震.电力工程直流系统设计手册［M］.第二版.北京:中国电力出版社，2008.

［4］ 上海市电力公司.变电运行操作技能必读［M］.北京:中国电力出版社，2001.［5］ 张元全.变电运行现场技术问答［M］.第二版.北京:中国电力出版社，2009.

［6］ 齐 文，陈聪磊.变电站直流系统故障分析与处理［J］.北京电力高等专科学校学报，2010，25（1）:52-54.