空调负荷引起多条配电线路跳闸的分析

韩 坚，朱华英

(1.国网江西省电力公司萍乡供电分公司，江西 萍乡 337000；2.江西省萍乡市第六中学，江西 萍乡 337000)

1 事故情况

2014-08-05T12:55，某变电站10 kV城北1号线过流I段跳闸；10 kV公园路1号线、公园路3号线、城中1号线、城北2号线、城中2号线、金陵1号线、公园路2号线过流II段跳闸；相关电流、有功功率、无功功率遥测量显示为0。

现场检查该变电站城北1号线线路刀闸炸裂，其余跳闸线路及其他一次设备无异常。

2 继电保护动作分析

查阅继电保护动作数据可知， 10 kV城北1号线线路刀闸炸裂后发生B，C两相短路故障，故障一次电流为11 600 A，故障时10 kV系统B，C相电压下降(二次电压Ub=33 V，Uc=23 V)，线路过流保护I段动作。约0.3 s后，上述7条线路过流保护II段几乎同时动作，且这7条线路跳闸时的三相电压仍不平衡(A相为57.7 V、B相为56 V、C相为53 V)。

城北1号线在12:55:27:028时刻跳闸后，B，C相间短路故障已被隔离，则通常B，C相的电压应在几毫秒内恢复，B，C相的电流也应同时恢复正常，达到与A相相同的值。利用RTDS系统对10 kV母线的两相短路故障切除后的电压恢复情况进行仿真可知，在没有负荷时，短路故障切除后两相电压恢复到额定值约需10 ms。

而此次10 kV线路两相短路故障切除后的300 ms内，母线电压B，C两相仍未恢复至额定值(B相56 V、C相53 V，分别为额定电压的0.97倍和0.92倍)。而B，C相电流仍大大高于A相电流，各线路的B相电流一直超过过流II段定值，从而使得保护动作跳闸。

3 事故原因分析

3.1 跳闸线路负荷分析

线路跳闸发生在夏天中午时分，天气炎热，气温很高，空调负荷上升很快。采用统计分析法比较5-8月份(统计点同样取星期二、12:55左右)该变电站负荷电流的变化情况，可估算出故障前各线路的空调负荷约占线路负荷的60 %。

3.2 空调群负荷对电网电压的影响

由于空调的主要动力是异步电动机，因此空调负荷与异步电动机相似，具有其特殊的无功—电压特性。当电压下降但并未导致空调压缩机发生堵转时，并不会引起电流和功率的迅速减小，空调近似以“恒功率”工况运行。但是，当电压下降到压缩机堵转电压(约0.53 p.u.)时，则会引起功率的瞬间增大；随后随着电压的继续下降，功率减小的速度也加快。当电压降到一定程度(约0.3 p.u.)时，空调电压将自动被切除，此时功率变为0。

当电力系统发生较严重故障时，则可能在负荷节点出现较大的电压跌落；若此时空调压缩机发生堵转，空调群负荷将会大大加重故障的严重性。在空调压缩机堵转过程中，空调负荷的电流和功率将出现2个明显的转折点：一是在空调压缩机堵转时，二是在空调电压跌落到压缩机堵转电压与空调自动切除电压之间时。空调压缩机堵转之前，功率变化较小，空调近似以“恒功率”工况运行，导致负荷电流增加，对电网稳定不利；而一旦空调压缩机发生堵转，负荷电流瞬时达到最大值，将导致空调功率急剧增大，对电网产生更大的冲击。但这些都不是最严重的，若空调电压跌落到压缩机堵转电压与空调自动切除电压之间，空调消耗的最大功率将会达到额定功率的4～5倍。

目前，已有学者针对空调负荷对配电网电压稳定性的影响建立了较为精确的模型，模拟了空调群负荷很大的10 kV线路，在发生故障并切除故障后的电压跌落期间，空调群负荷对电网的影响。故障发生过程中，母线电压约跌落至额定值的0.3倍。故障切除后，由于空调群负荷的影响，许多空调发生堵转效应，有功功率、无功功率瞬间增大许多倍，使电网瞬间欠缺无功功率，导致母线电压降低，不能立即恢复至额定值；延时一段时间后，在该段时间内的空调功率、负荷电流也同时增大了许多倍。

3.3 线路误跳原因分析

城北1号线B相隔离刀闸触头在大电流和高温的作用下，持续过热，刀闸触头烧断，产生电弧，导致B相单相接地。由于B，C两相刀闸的空间距离较近，造成B，C相间短路，引起城北1号线过流保护I段动作，操作机构大概经过50 ms后将断路器跳开。

在断路器跳开前的50 ms内，电压瞬间跌落至很低(B相33 V、C相23 V，分别为额定值的0.57倍和0.39倍)，大量空调发生堵转效应。在故障切除后的恢复过程中，有功功率大量增加，并产生大量无功功率，由于之前电流已接近过流保护II段定值，功率的增加使各线路电流进一步增大，在堵转恢复时间超过300 m s后，达到过流保护II段启动定值，7条线路因过流保护II段动作而相继跳闸。大量增加的无功功率，使10 kV母线无功补偿不足，引起电压跌落，故城北1号线故障切除后的300 ms内，B，C两相电压仍未恢复至额定值。

4 处理对策

综上所述，7条线路的跳闸并不是由线路自身故障导致的，而是由大量空调负荷对电压暂降的响应造成短暂过电流引起的。根据DL/T584—2007《3 kV～110 kV电网继电保护装置运行整定规程》4.2.6.2.1的规定，在保证保护灵敏度的前提下，适当提高过流保护II段的电流定值，可避开空调负荷引起的电流暂升。若提高电流定值仍无法躲开电流暂升，则可再适当延长保护整定时间。

1 金欣龙．空调负荷对配电网电压稳定性的影响及控制策略[D]．长沙：湖南大学，2013.

2 王正茂．电机学[M]．陕西：西安交大出版社，2000.

3 电力行业继电保护标准化技术委员会．DL/T584—2007 3 kV～110 kV电网继电保护装置运行整定规程[S]．北京：中国电力出版社，2008．