220 kV变电站全停事故分析

孙文涛，刘 淼，李 铁，张 建

（国网辽宁电力调度控制中心，辽宁 沈阳 110006）

故障分析

220 kV变电站全停事故分析

孙文涛，刘 淼，李 铁，张 建

（国网辽宁电力调度控制中心，辽宁 沈阳 110006）

针对一起同塔并架线路遭雷击引发的220 kV变电站全停事故，阐述了事故发生的经过、起因及事故处理过程，指出了开关拒分、开关拒合、二次回路缺陷、保护拒动等多重设备缺陷导致此次事故的发生，分析了保护拒动原因，并提出了防范措施。

多重设备；220 kV变电站；全站停电；事故处理；同塔并架；电网调度

2013年5月19日，某公司所辖的2条同塔并架的220 kV线路遭雷击同时跳闸，重合时由于多重设备缺陷，导致1座220 kV变电站全站失压，另1座厂站1条220 kV母线失压。

1 事故经过

1.1 事故前运行方式

事故前，220 kV葵变运行方式正常。220 kV母线环并运行。Ⅰ母线元件为简葵线、宁葵线（空充线路）、1号主变。Ⅱ母线元件为超葵线、电葵线（至万风电场，风电场风机未投运）。

220 kV超厂2号主变检修中，其他元件正常运行。220 kV母线环并运行。上母线元件为超葵线、1号主变。下母线元件为超北线、2号主变（检修中）。简葵线、超葵线两侧使用三相重合闸，接线见图1。

1.2 事故过程

19日12：25：37，220 kV简葵线191号塔、超葵线30号塔（为同塔）同时遭雷击跳闸。

图1 事故前电网接线

简葵线简侧第1套距离一段动作、第2套纵联保护动作，重合成功，故障相别为A相，故障测距15.78 km，故障电流7 581 A，零序电流5 822 A。简葵线葵变侧第2套纵联保护动作，重合失败，故障相别为A相，故障测距44.4 km，故障电流1 680 A。

超葵线葵变侧2套纵联保护动作，重合成功，故障相别为A相，故障测距68 km，故障电流1 110 A，零序电流1 560 A；超葵线超厂侧2套纵联保护动作，A相开关拒动，失灵保护动作，超厂220 kV上母线停电，故障相别为A相，故障测距101 km，故障电流1 512 A，零序电流1 262 A。

此时，葵变全站失压，超厂上母线失压。故障前，葵变1号主变倒送31 MW（用户负荷94 MW、66 kV风电125 MW），超厂负荷5 MW，故障没有影响重要用户，事故后接线见图2。

图2 事故后电网接线

1.3 事故处理

12：28，现场汇报葵变220 kV失压，超厂汇报上母线失压，为雷雨天气。调度接到汇报后立即组织处理，通知现场检查保护动作情况及所内设备。

12：45，简变汇报66 kV线路备自投已自动带出葵变66 kV全部负荷，无损失。超厂汇报已代出负荷。

根据现场汇报、继电保护动作记录（见表1）、故障录波、雷电定位等信息，调度确定以下内容：简葵线及超葵线有同塔并架段，根据雷电定位及保护测距，可能为同塔遭雷击故障；超厂超葵线开关拒动，母差及失灵保护动作导致上母线停电；简葵线第2套纵联保护未动作；葵变简葵线开关合闸后，非全相保护动作跳开，怀疑葵变简葵线开关合闸时三相不一致。

13：55，拉开葵变电葵线、超葵线、1号主变开关，拉开简变简葵线开关，无压合上葵变简葵线开关，准备用简葵线对葵变母线进行充电。操作中，葵变简葵线无压合闸遥控失败，通知检修人员处理简葵线开关拒合问题。

14：32，超厂拉开超葵线开关的两侧隔离开关后，用母联开关对超厂上母线充电良好，1号主变送电。同时检查处理超葵线开关拒分问题。

14：39，调度通知对220 kV简葵线22—62号塔间，重点对42号塔进行带电巡线。对220 kV超葵线183—223号塔间，重点对203号塔进行带电巡线。

表1 保护动作记录（保护启动时间12：25：37：133）

18：22，葵变简葵线开关处理完毕，葵变220 kV系统送电良好。

18：25，葵变1号主变送电良好，负荷代出。

19：29，电葵线送电。

19：58，万风电场1号主变送电。

21：10，超厂超葵线开关处理完毕送电，系统恢复正常方式。

2 事故原因

2.1 同塔双回线同时遭雷击跳闸

查询雷电定位系统，12：25：37有3个雷落在简葵线30号、超葵线191号塔附近，雷电流分别为－201.8 kA、38.3 kA、－54.6 kA（雷电监测信息见表2），距离故障杆塔60～130 m。

表2 雷电监测信息

巡线发现220 kV简葵线30号中线（A相）大沿玻璃瓶、均压环、合成绝缘子伞群有雷击烧伤痕迹，超葵线191号（与简葵线30号同塔并架）上线（A）大沿玻璃瓶、导线侧均压环、导线有烧伤痕迹，雷击造成，运行无问题。

经现场实测，故障简葵线27—32号（超葵线188—193号）塔接地电阻值均满足设计要求。综上所述，判断故障为反击雷造成，故障点为简葵线30号、超葵线191号塔（同塔并架），与雷电定位系统查询结果一致，雷电流幅值为201.8 kA，而一般220 kV同塔双回线反击耐雷水平仅为79～92 kA［1］，此次雷电流幅值超过线路防雷设计水平。

2.2 葵变简葵线开关重合失败（开关拒合）

事故后，对葵变简葵线开关拒合原因进行查找。

测试中，在主控室遥合简葵线开关失败。此时测量到合闸回路不通（TB1／29至TB1／34端子间不通），逐步定位为A相SP2限位开关接点不通。但主控未显示合闸回路不通的告警，开关合闸回路见图3。

图3 开关合闸回路

打开A相机构外壳，检查合闸储能弹簧凸轮连杆与限位开关的接触情况，发现压接位置不到位。为验证压接位置情况，打开C相机构外壳对比，发现两相的压接位置不同，轻微触碰滚轮，再次测量合闸回路已导通。确定原因如下。

a.简葵线开关合闸储能弹簧凸轮连杆与限位开关接触不良，导致开关合闸弹簧储能后、开关跳闸后均发生凸轮连杆压接位置异常，使合闸回路中断、开关拒合。

b.简葵线开关二次回路设计存在缺陷，合闸回路失去监视，不能及时发现合闸回路异常。

2.3 超厂超葵线开关分闸失灵（开关拒分）

现场检查发现，由于超厂A相开关操作连杆锈死，导致故障后开关拒动，220 kV失灵保护动作，上母线停电。且远跳二次回路未接线，失灵保护动作后，未能启动远跳，导致葵变侧超葵线开关重合。超厂发电机组已于2010年5月退役，变电设备运行中。

2.4 葵变简葵线第1套保护未动作

根据简葵线葵变侧故障录波器波形（见图4），分析葵侧零序方向元件及负序方向元件的动作情况，发现零序电压滞后零序电流－89°，为正方向，而负序电压超前负序电流130°，为反方向（故障时简葵线葵变侧零负序电压、电流见图5），负序反向是由于跨线两故障点间的负序环流所致。纵联零序正方向元件被负序反方向闭锁，不能动作发信。

图4 简葵线葵变侧故障录波器波形

分析故障录波，简变侧纵联距离正方向及纵联零序正方向均可正确动作发信，而葵变侧由于纵联距离元件及纵联零序元件均不能动作发信，从而造成两侧纵联距离保护及纵联零序保护均未动作。

因此，超葵线配置的第1套PRS_702CAP保护不适用于此次跨线故障。

图5 故障时简葵线葵变侧零负序电压电流

3 防范措施

3.1 线路开关本身存在缺陷治理

开关拒合在电网运行中时有发生，线路故障后开关拒合一般导致线路未重合成功，不会造成较大故障。但在此次多重故障情况下，开关拒合则是造成变电站全停的重要原因之一，日常操作运行中发现隐患后应及时处理。电网运行中，开关合闸储能弹簧凸轮连杆与限位开关接触不良时有发生，一般需调整限位开关至合适位置或对限位开关触头进行打磨［2］。

开关拒分则是电网运行中比较严重的隐患。220 kV系统中线路故障后，开关拒动一般将造成失灵保护启动、母差动作，导致多条220 kV线路跳闸，系统连接薄弱。

此次事故中，葵变简葵线开关拒合、超厂简葵线开关拒分同时发生，是造成本次全停的主要原因。

3.2 二次回路缺陷治理

简葵线开关二次回路设计存在缺陷，合闸回路失去监视，不能及时发现合闸回路异常。超厂远跳二次回路未接线，导致葵变超葵线开关在合位。两处缺陷导致事故处理时调度判断复杂，一定程度上增加了事故处理时间。针对简葵线开关合闸回路失去监视，已与厂家研究，实现对重要出口继电器及回路监视，异常时及时告警。

随着电网的发展，保护和自动化设备逐渐增多，二次回路接线日趋复杂，二次回路缺陷导致电网事故的现象时有发生［3］，运行中应关注二次回路相关信号，确保事故时运行人员及调控人员可依据二次信息做出正确、及时的判断处理。

3.3 提高变电站双回线供电可靠性

电网改扩建工程中，由于建设进度存在时间差，新设备投运过渡过程中难免存在双回线带1座变电站的薄弱方式，双回线同塔时尤其薄弱。在此情况下，由于天气、外力等因素不可预测，应做好事故全停预案，恶劣天气下变电站应恢复有人值守，同时在低压侧配置备自投等方式确保事故时负荷无损失。

3.4 加强输电线路综合防雷治理

雷电反击是造成同塔线路雷击同时跳闸的绝对主因，即由于雷电流幅值或陡度较大，超过同塔线路多回反击耐雷水平跳闸。加强线路绝缘是提高耐雷水平和降低反击跳闸率的有效措施［4］。

应针对性采取局部加强绝缘、架设耦合地线、减小杆塔保护角、安装线路避雷器等防雷措施，将雷暴日频繁地区的防雷治理工作列入反事故措施中，并加强反措执行的力度，特别是对未安装避雷器的220 kV输电线路应及时进行线路避雷器的加装工作。

3.5 加强用户厂站设备管理维护

超厂侧超葵线开关A相操作连杆锈死，导致开关拒动。因超厂发电设备已退役，输变电设备仍运行，由于资金、人员紧张，输变电设备巡视、维护不到位，未发现开关问题，导致事故时开关拒分。目前，超厂全站已退运，葵变新建岩葵线已投运。

在电网运行中，用户厂站由于资金投入、人员素质、技术水平不高等因素，日常维护不到位，管理相对薄弱。应加强用户厂站管理，避免因用户问题导致大规模停电事件的发生。

3.6 更换保护装置

简葵线配置的第1套PRS_702CAP保护，不能满足跨线故障时负荷侧配置要求，应更换保护装置［5］。

保护拒动在电网运行中时有发生，应从设备、原理上认真分析每一次拒动原因，及时发现存在的隐患，保证保护动作的准确性。

4 结束语

由于天气、设备等因素，电网事故不可避免，且每次事故的原因及过程都不尽相同。此次事故由同塔双回线遭雷电引发，因葵变简葵线开关拒合、超厂超葵线开关拒分而造成事故扩大，同时简葵线第1套保护未动作、超厂远跳二次回路未接线，导致葵变超葵线开关在合位、超厂失灵保护动作、超厂及葵变负荷损失等因素严重影响调度事故处理时的判断，是一起典型的多重设备缺陷导致的220 kV全停事故。

需针对复杂电网事故详细调查并分析事故发生及处理过程，查找事故原因，总结事故处理经验和教训，从中发现电网薄弱环节、设备缺陷以及管理漏洞，从而不断优化电网运行方式、强化设备运维水平、提高人员事故处理水平，使电网运行管理更加完善，保障电网安全稳定运行，更好地为经济建设服务。

［1］交流电气装置的过电压保护和绝缘配合：GB／T 50064— 2014［S］.

［2］彭向阳，詹清华，周华敏.广东电网同塔多回线路雷击跳闸影响因素及故障分析［J］.电网技术，2012，36（3）：82－83.

［3］赵晨光，魏 明，郝增辰，等.高压断路器弹簧机构常见故障分析及检修方法［J］.河北电力技术，2013，32（3）：17－18.

［4］国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答（第二版）［M］.北京：中国电力出版社，1997.

［5］夏勇军，尹项根，胡 刚，等.同杆双回线路继电保护原理及工程应用［J］.电力系统保护与控制，2009，37（3）：98－103.

Analysis on 220 kV Substation Shutdown Accident

SUN Wentao，LIU Miao，LI Tie，ZHANG Jian
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Dispatch Control Center，Shenyang，Liaoning 110006，China）

In this paper，through a 220 kV substation full stop accident caused by lightning，the course of events，cause and accident treatment are elucidated.Refusal operation of switch，secondary circuit defect，miss operation of line protection and other multiple e⁃quipment defects are pointed out.It analyzes the cause for the refusal protection and puts forward preventive measures according to the problems exposed.

multiple equipment；220 kV substation；power cut of all⁃station；accident treatment；parallel lines on same tower；power grid dispatch

TM63

A

1004－7913（2016）11－0048－04

2016－08－20）

孙文涛（1983），硕士，高级工程师，从事电力调度、电网运行工作。