一起10 kV母线失压事件的原因分析及处理方案研究

王冰冰 迟渊泓 王超 邵昱

摘 要：备用电源自动投入装置（以下简称“备自投”）是常用于110 kV及以下的中、低压配电系统中的一种重要安全自动装置，其动作正确与否对电力系统供电可靠性有很大影响。本文首先对分段备自投动作及闭锁原理进行分析，然后结合实例探讨一起110 kV变电站失压事故扩大的原因，提出相关改进措施，为避免类似情况再次发生提供了参考意见。

关键词：备用电源自动投入装置;母线失压;闭锁

中图分类号：TM774文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0130-03

Cause Analysis and Treatment Scheme Study on

a 10 kV Bus Voltage Loss Event

WANG Bingbing CHI Yuanhong WANG Chao SHAO Yu

（Zhengzhou Power Supply Company，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： Automatic input device for backup power supply （referred to as standby automatic input） is an important safety automatic device commonly used in medium and low voltage distribution systems of 110 kV and below， and its correct action has a great impact on the reliability of power supply . This paper analyzed the principle of segmented self-switching operation and blocking principle， and discussed the reasons for the expansion of a 110 kV substation voltage loss accident with examples， and proposed relevant improvement measures to provide reference opinions to avoid similar situations from recurring.

Keywords： automatic input device for backup power supply;bus voltage failure;latch

备用电源自动投入装置（以下简称“备自投装置”）是指当线路或用电设备发生故障时，能自动、迅速、准确地将备用电源投入用电设备中或把设备切换到备用电源上，从而保证用户连续供电的一种自动控制装置，主要用于110 kV及以下的中、低压配电系统中[1]。为了防止备用电源投到故障设备上，备自投装置具有自动闭锁功能。通常来说，母差保护、失灵保护动作会闭锁备自投装置，而主变低后备保护动作是否闭锁不同地区设置不同。本文分析了一起单母线接线的110 kV变电站备自投动作导致事故扩大的原因，并提出了相关改进方法，为避免类似情况再次发生提供了参考意见。

1 备自投原理

备自投装置按照不同的方式可分为不同的种类，例如：按备用方式可分为明备用和暗备用两种，按接线方式分为进线备投、分段备投、桥备投等几种类型。

图1是常规分段备自投的一次接线图，正常情况下母线工作在分段状态，I母、II母分别通过各自的供电设备或线路供电，靠分段断路器取得相互备用。装置充电条件为：①Ⅰ母、Ⅱ母均有电压;②1DL开关、2DL开关在合位，3DL开关在分位。

以上条件均满足，经15 s后充电完成。

常规分段备投装置放电条件为：①备自投装置监测到3DL开关在合位;②Ⅰ母和Ⅱ母均无压;③手动操作分开1DL開关，2DL开关，备自投装置经继电保护装置节点KKJ合后位置继电器自动闭锁而放电;④有外部闭锁信号;⑤1DL、2DL、3DL开关位置信号异常;⑥控制电路异常，弹簧未储能;⑦备自投定值设置为该方式不允许自动投入时。

满足以上任一条件立即放电。

备自投装置充电完成后，当检测到Ⅰ母无压且无流，Ⅱ母的电压和电流满足备自投的要求时，备自投装置启动，经延时动作跳电源1开关1DL。在确认1DL开关在分位后，备自投装置立即合上3DL开关，Ⅰ母电压恢复[2]。

为了更好地发挥作用，防止备用电源投运到故障的设备上，扩大故障范围，在实际运行中的备自投装置应具有自动闭锁功能。如母差保护、失灵保护、主变高后备保护动作时，保护发送闭锁信号至备自投装置，中止备自投装置动作;低周动作接入、闭锁方式压板投入、手动就地或者遥控操作工作电源开关时，同样应闭锁备自投装置[3]。

2 事故说明

2.1 故障现象

2017年，某110 kV变电站发生一起因主进开关柜内部故障，造成变压器保护及备自投动作，进而引起10 kV Ⅰ段母线失压的事件。事件造成的直接后果为该站10 kV Ⅰ段母线失压，开关柜烧损1面。

该110 kV变电站为双母线接线方式，其运行方式如图2所示。从图2可知，1、2#主变分列运行;111运行于110 kV北母，112运行于110 kV南母，110为热备用状态;101运行于10 kV Ⅰ母，1021运行于10 kV Ⅱ母Ⅰ段，120分段备自投为投入状态，具备动作条件。

经检查，101开关柜烧蚀严重，其后侧主进母线室CT外绝缘正常，表面有大量燃烧产生的黑色粉尘，开关柜后侧母线及CT仓室未见放电痕迹（如图3所示），开关柜下触头盒已烧成粉末（如图4所示）。

按时间先后顺序，该变电站保护动作顺序如表1所示。

故障发生时，1#变低压侧三相电流幅值同时增大，三相电压幅值同时减小为0 V，无零序分量，符合三相短路的特征，可初步判断1#变低压侧发生了三相短路故障。

1#变低压侧二次故障电流约为19.5 A，超过1#变低后备保护定值（4.2 A，2.1 s），1#变低后备保护动作跳开101，10 kV Ⅰ母失压。

接着120备自投启动，8 s后动作合上120。120合闸再次对故障点产生了冲击，二次故障电流约为19.45 A，120过流保护（5.2 A，1.8 s）动作跳开120，10 kV Ⅰ母失压。

120过流保护动作0.3 s后，故障延至101开关靠主变侧，二次故障电流为29 A，超过1#变高后备保护定值（6 A，2.7 s），1#变高后备保护动作跳111，10 kV Ⅰ母失压。

2.2 原因分析

根据故障录波可知，保护动作前，B相电压幅值为0 V，A、C两相电压升高，可以确定故障发生前1#变低压侧存在B相接地，由此推断故障原因如下。

101开关B相上触臂弹簧常年运行后，弹簧性能下降，引起弹簧弹力减弱或弹簧断裂，造成B相上触臂动静触头接触不良而发热，长时间发热引起B相上触头盒絕缘逐步降低，最终接地放电，引起101开关B相上触头盒燃烧，燃烧粉尘瞬间引起101开关手车上触头三相短路，引起1#主变低后备保护动作。

120分段备自投动作合上120后，再次对102上静触头三相短路点造成了冲击，是102开关柜烧损情况加重的一个重要原因。因10 kV Ⅰ母仍存在故障，120过流Ⅰ段保护动作跳开120。由于故障蔓延至101开关靠主变侧，二次电流超过1#变后备保护定值，由于101已经跳开，1#变高后备保护动作跳开111。

3 故障处理方案

3.1 加强10 kV开关手车动触头弹簧检修

根据本地区近年来10 kV开关柜故障情况，目前10 kV开关柜停电例试过程中，注重10 kV开关手车静触头的检修，忽视了动触头弹簧的检查。在今后10 kV开关柜小修例试过程中，加强动触头及弹簧的检查，随例试周期对运行超过8年（重负荷的5年）的10 kV开关手车动触头弹簧进行更换，避免类似故障再次发生，在此不做详细分析。

3.2 10 kV分段备自投恢复主变低后备保护动作闭锁备自投功能

2011年，为提高供电可靠性，该地区规定了变压器低后备保护动作不再闭锁备自投。但从近几年的运行情况来看，低压侧发生永久性故障且主变低后备保护动作切除故障后，备自投的动作会对故障点造成再次冲击，导致故障范围扩大。因此，10 kV分段备自投应恢复主变低后备保护动作闭锁备自投功能，避免故障点遭受再次冲击。

3.3 10 kV主进开关加装测温装置

因10 kV金属全封闭开关柜的手车开关动静触头密封于柜体内，无法利用红外检测等手段进行有效的触头测温。因此，可对主进手车开关进行触臂改造或加装有效的测温装置，设定温度报警，发现异常及时处理。目前，已对40余台主进手车开关触臂进行了内置式测温改造，取得了良好的效果。

4 结语

本文结合某变电站备自投动作导致事故扩大，对备自投条件进行分析，提出相关改进措施，为避免类似情况再次发生提供了参考意见。备自投对电力系统供电可靠性影响很大，因此实际应用中应根据电网的具体情况，确定低后备是否要闭锁备自投，确保电力系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1]黄长抒，胡云花.备自投装置接线中的问题及应对措施[J].电力自动化设备，2009（4）：147-149.

[2]赖振宇.220 kV备自投原理分析及运行注意事项探析[J].应用科技，2011（9）：129-130.

[3]刘汉国.母联分段备自投装置在变电站的应用研究[D].广州：华南理工大学，2017.