对110 kV变电站负序电压动作分析

2021-10-27李小力

通信电源技术 2021年10期

李小力

（东部机场集团南京禄口机场，江苏南京 210006）

0 引言

某机场110 kV变电站投用以来，其上位机有时会发出报警信息，内容为负序电压动作。此时，下级10 kV配电房的值班人员会打电话过来询问110 kV变电站是否有故障。这是因为其管辖的设备有不正常现象，怀疑是电源故障引起[1]。正常启动工作的电梯、扶梯以及步道等设备会突然停止运行，导致旅客失去平衡，跌倒造成伤害。桥载电源正在给飞机充电，如果此时飞机正在进行数据传输中，突然断电，飞机数据会丢失。如果电梯等设备和桥载电源突然停止运行，则需要到本地进行复位操作后，设备才能正常启动运行，导致120多台电梯、扶梯以及步道等设备和60多架桥载电源受到影响。

1 数据梳理

从110 kV变电站的监控机调取报警记录并结合值班日志分析如下，从2014-04-05开始到2018-04-04，共报警50 600条。其中低电压报警44条，欠压报警120条，负序电压动作报警116条。去除正常的倒闸操作开关和电气实验带来的非正常报警，剩下共196条有效记录。如果按天来统计，这些有效记录发生在42天里。其中负序电压报警有25天受到影响。欠压报警有29天受到影响。低电压报警有4天受到影响。负序电压动作和欠压共有12天重合。

为了分析负序电压动作和供电不正常现象之间的关联性，对记录数据进行汇总分析如表1所示。

一般来说，负序电压报警和欠压报警会同时发生，因为它们都是反映电压的波动。110 kV变电站监控机中负序电压动作报警信号有效报警共25次，其中有13次欠压没有报警，占负序电压报警52%。

2 报警信号分析

负序电压动作报警和欠压报警信号内容、范围以及侧重点不同[2]。负序电压动作报警主要反映三相电压中相电压的平衡情况，欠压报警信号主要反映相电压或者线电压的高低情况。两者的信号采集器安装的位置不一样，其中欠压报警装置安装在二次设备保护室的交流屏上。报警信号取自400 V接地变出线电压信号线上，因为有10 kV系统电网的的电抗效应，从信号的产生到报警的发出传递速度比较慢[3]。负序电压动作的取样信号取自系统的110 kV的电压互感器上。如果在110 kV系统三相电压中，线电压超过正负6%，监控机上的负序电压动作信号就会报警。而欠电压报警信号是取自接地变400 V信号的相电压上。以220 V电压为基准电压，低于220 V的10%即198 V时，欠电压信号就会报警。负序电压动作信号和欠电压报警信号两者的阀值不一样，所以会出现负序电压报警的同时没有欠压信号报警[4]。

负序电压报警采集点和低电压信号采集点安装位置示意如图1所示。

图1 负序电压报警采集点和低电压信号采集点安装位置示意图

110 kV变电站监控机中有效的欠电压报警信号共29次，其中报欠电压报警信号的同时没有报负序电压动作信号一共有15次，占欠电压报警信号的52%。这两个报警装置的取样信号位置不在一起，各个报警信息功能和范围不同。二者既有能同时报，也会分别发出，这符合继电保护的选择性原理。

低电压报警信号的发出是由于低电压报警信号装置取样信号在110 kV母线的电压互感器上。当低于线路电压30%时，低电压报警信号就会发出。每次报低电压信号时，打电话询问供电公司，他们多承认是电网的波动所引起。当电网发生波动时，三相电压不可能完全一致，所以每次报低电压时都会伴随着负序电压动作报警。

3 推导动作报警的原因

分析负序电压动作报警的原因，暂定为两大类，一是由机场电网内部原因故障造成，二是由外部电网波动造成[5]。

机场电网内部原因故障包括如下两方面。（1）由汇流排上支持瓷瓶放电、电缆接头放电以及10 kV母线电弧放电等产生谐波，引发负序动作。110 kV主站保护室安装两套在线谐波监视系统，分别监视110 kV电网I段和II段谐波分量。经查阅历史记录后，最近的谐波记录是2014年的。2015ü2018年没有谐波分量记录（2014年的谐波记录应该是设备安装测试信号产生的记录）。根据记录排除各种电弧放电产生谐波干扰这个可能。（2）由变频设备和LED照明设备引发谐波分量所引起的电网波形畸变，从而产生负序电压动作。经分析这种可能性基本可以排除，原因如下：变电站的设备没有监控到电源波形的畸变；变频设备和LED照明设备每天都在使用，而引发电梯等设备运行异常的情况是偶尔发生的故障，不是每天都在发生，2017年发生6次，按天统计占全年的1.6%。故障不算多；变频设备和LED照明设备引发的干扰能量小，传播范围有限，机场10 kV电网是个大系统，单台主变有40 000 kV·A的容量，二次电流为2 000 A左右。每次电梯等设备停运故障，110 kV主站都可以监控到。监控电脑上报负序电压动作信号告警和欠电压动作信号告警，或者同时两个信号都上报。从故障点到110 kV变电站路径比较远，报警信息在110 kV变电站的监控机上可以接收到。这说明故障信号能量非常大，传输距离也比较远。变频设备和LED照明设备引发的干扰能量比较小，传输范围较近，不太可能引起110 kV变电站电网电压电流的波动[6]。

查阅变电站值班记录、电话记录和监控机报警得到表2。

表2 报警汇总表

变电站技术人员和供电公司调度员确认，明确7次是电网波动，引起6次电梯运行受到影响，还有5次没有得到供电公司的确认。分析其原因为：变电站上位机的时钟没有同步到北京时间，造成记录和供电公司有出入；400 V用户的电气设备没有瞬间失压记录，登记时间是事后人工补登，也造成时间的差异。下一步可在110 kV变电站安装电网波动检测设备，来监控电网供电质量。

4 电梯需要复位的原因

机场T2的电梯安装于2014年，国家对新安装的特种设备启用了新的规范。要求新安装的电梯（扶梯和步道等）都要安装相序保护器等保护装置。通过阅览相序保护器等保护装置的技术资料，用继电保护仪给这些保护装置做实验得出这些保护装置有两个保护功能，一个是保护相序的正确性，二是缺相保护。当二者之一发生异常时，保护装置的继电器就会动作，动作时间小于300 ms。由于电网的波动，机场400 V电网系统的分段开关自投时间都大于1 s。该时间是根据系统的分布参数、线路长度、线路保护范围等由技术人员计算得出，再把这个时间写入开关保护出口的定时器里[7]。因此在分段开关没有先动作情况下，相序保护器等装置就已经动作，电梯等设备停止运行[8]。由于电梯等特种设备没有自动复位功能，只能人员到现场去逐个的人工复位，设备才能再次正常运行。