一起雷击引起的110kV变电站直流系统故障分析及处理

2018-01-25赵湘敏

电子测试 2017年24期

赵湘敏

（广东电网有限责任公司韶关供电局，广东韶关，512000）

0 引言

110kV在城镇以及农村中广泛应用，110kV变电站直流系统是变电站的继电保护、信号、控制系统、自动装置等提供直流电源，如果直流系统出现故障，则可能造成继电保护出现误动或者拒动现象，无法为电力系统提供保护作用，从而导致电力系统出现越级跳闸故障，造成重大电力安全事故，影响居民正常供电，给电力企业造成巨大的经济损失。因此，110kV变电站运行过程中，必须确保直流系统的正常运行，才能确保变电站的安全、可靠。

1 110kV变电站直流系统故障概况

1.1 110kV变电站直流系统运行概况

某110kV变电站直流系统一共有一块直流充电屏，充电屏内一共安装了4个HD22010-2型号的高频开关充电模块，一块直流馈电屏，一套PSM-E10型直流电源监控装置以及1组CFMH200型阀控式铅酸密封蓄电池，蓄电池的容量为200Ah。正常情况下，由两路380VAC/50HZ的交流电源经互投电路自动选择一路向充电单元供电，充电单元向蓄电池组进行均/浮充电的同时，向经常性负荷供电。当控制负荷或动力负荷需要较大冲击电流时，由蓄电池组及充电单元共同供电。为了确保交流系统的安全性，避免电压过高对交流系统充电模块造成影响，在交流线路安装了防雷装置和三相输入状态监视电路。当有雷电发生时，通过防雷电路保护使充电电源免收损坏，当交流电源发生缺相或试压故障时，输入状态监视电路启动，报警。同时把故障信号通过集中监控器送往后台和远方遥信装置。监控中心和电力后台控制系统收到警告信息，立即对故障信息进行分析，从而能够最快速度对故障进行处理，确保交流系统的安全。

1.2 110kV变电站直流系统故障分析

由于110kV变电站直流系统分布比较广泛，变电站运行环境比较复杂，所以导致直流系统故障的现象和原因比较多，大致可以分成四类：第一，变电站直流系统电气设备绝缘性能降低，出现破裂、老化现象，由于变电站运行时间比较久，变电站电气设备受到空气中的水分、灰尘、腐蚀气体的侵害，直流系统电气设备绝缘性能下降，导致直流系统故障的发生。第二，气候因素。变电站在运行过程中，受到雨雪、雷击等自然因素的影响，导致直流系统电气设备受潮、损坏等现象，导致直流系统故障的发生。第三是人为因素造成的变电站直流系统故障。在施工过程中，一些技术人员由于操作不当或者工作不仔细，没有及时清理施工现场的杂物或者对现场进行处理，导致导线接头外露或者接触不当。第四，110kV变电站直流系统自身缺陷。变电站直流系统设备自身的设计水平和质量参差不齐，有的电气设备设计不合理，导致设备运行过程中出现问题，引起直流系统故障。

2 110kV变电站故障分析

某变电站在运行过程中，管理人员在检查时，发现110kV变电站的直流充电屏交流电源指示灯熄灭了，变电站的系统故障指示灯、直流电源装置警告灯全部亮起来了，直流母线电压低于223V，4个充电模块全部失压，直流屏1路2路交流进线空气开关跳闸，而直流监控装置显示屏和监控后台机显示屏显示母线电压值不同，直流监控屏显示交流馈电屏直流充电1路和2路空气开关跳闸，合闸母线电压降低到186.2V，控制母线电压降至166.6V；后台监控显示屏显示直流母线和蓄电池电压依然保持在230V，直流母线电压为231V，其他设备的电压没有发生变化，系统监控中心和变电站调度中心也没有收到任何直流系统异常情况和警告信息。现场故障如图1所示。

2.1 故障调查

为了明确找出110kV变电站直流系统故障。电力技术人员对故障现场的直流电压、充电屏1路、2路进线交流接触器进行检查，发现充电屏进线已经有明显烧毁的痕迹，充电屏内防雷装置避雷器A相外绝缘体已经出现裂纹，用万能表测量A相避雷器的电阻为零，发现避雷器的绝缘体已经被击穿B相、C相的电阻为58MΩ。充电屏内的充电模块电源开关都在闭合位置，变电站单个蓄电池没有出现异常，蓄电池单体电压下降到1.8V。同时技术人员发现变电站的通信屏网络交换机和转换器有明显的烧焦等现场，根据这些现场发生的情况，技术人员初步断定此次故障是交流进线电源失电问题，而110kV变电站的所有直流系统全部由蓄电池电组供电，所以导致变电站的通信设备损坏无法及时发出警告信息。图2为110kV变电站直流故障发展流程图：

图2 110kV变电站直流故障发展流程图

2.2 直流系统防雷装置故障

如果110kV变电站遭到雷击，由于雷电释放瞬间会产生几十安培甚至上百万安排的电流，这些电流远远大于变电站承受能力，产生过电压和过电流直接加载在电源设备和线路装置上，持续的时间过程长，破坏变电站的直流系统。因此，为了提高110kV变电站的防雷水平，在变电站的直流系统安装了防雷装置，在该变电站的直流电源系统上安装了一组三相陶瓷氧化锌避雷器，避雷器安装在交流进线电源和充电模块之间，避免雷电直接入侵产生过电压对直流系统的充电模块造成冲击。然而由于该变电站直流系统的避雷器运行时间比较长，避雷器的防雷作用降低，但是变电站没有设置等电位接地网，所以避雷器无法及时将过电压和过电流引入到接地网中，所以避雷器的阀片性能逐渐下降，抗雷击能力下降。

2.3 直流充电装置失压原因

通过对该变电站的直流系统运行故障分析，并综合变电站运行自然环境和工况，确定此次事故是由于直流电充电屏A相避雷器在夏季频繁遭受雷击后导致避雷器被击穿，变电站直流系统直接接地，而直流接触器没有为三相避雷器各自安装独立的开关，所以直流系统发现故障以后1路、2路直流充电装置全部失电，网络通信设备被损坏，变电站直流系统故障无法及时发送到监控中心和变电站调度中心。

3 110kV变电站直流系统故障处理措施

通过对110kV变电站直流系统故障现场的调查和检测，得出该变电站直流系统故障是由于雷击造成的。因此，电力技术人员采取以下措施：第一，变电站现场运维管理人员立即向变电站调度中心提出申请，要求禁止断路器的操作从而避免直流系统故障对整个变电站的影响，并对单个蓄电池进行检测，检查蓄电池的运行情况。第二，针对充电1路、2路空气开关跳闸现场，变电站技术人员对直流系统充电模块进行检查，并推出全部充电模块，将外界电源对每一个充电模块进行送电，找到充电故障模块。第三，由于变电站蓄电池模块的电压已经下降到186V，为了防止故障排除时间过长，导致蓄电池电压下降太多，整个变电站失去直流电源，要尽可能控制不必要的负荷。变电站检修人员到达故障现场以后立即接入临时电源供电，并对蓄电池进行充电，并做好全站失压准备。第四，检修人员对变电站直流系统进行分段排查，在排查过程中，发现直流充电屏内的A相避雷器绝缘性能比较低，1路、2路交流接触器已经损坏，测量A相避雷器的电阻为0。因此，立即更换同一款型号的避雷器，并更换了满足直流上下级空气开关极差的交流接触器。第五，故障设备更换好以后，检修人员立即将1路、2路交流进线开关进行测试，发现设备测试合格以后，用直流屏对蓄电池进行供电，并将直流母线电压提高到225.6V，单个蓄电池电压提高到1.18-2.22V之间。