开平市高新工业园区配电系统故障案例分析

杨伟冬

（广东电网有限责任公司江门开平供电局，广东 江门 529300）

0 引言

电压波动[1]属于非常严重的电能质量问题，成因相对复杂，很多因素无法控制，因此要避免电压波动难度很大。电压波动的事故分析国内已经有一些研究，例如文献[2-3]论述了电压波动对工厂电气设备的影响并提出了解决方案，但其提出的角度均是从电力用户出发，对于电力系统运行单位没有很好的借鉴意义。

本文主要介绍开平市高新工业园区配电系统一起典型的故障实例，从用电客户及电网的双视角出发，结合常规故障分析手段与故障录波分析，从电网运行控制、电网规划建设、技术应用等方面提出了相关建议与防范措施。

1 案例概况

1.1 工业园区配电系统总体介绍

从2022年1月至10月，工业园区配电系统共有25家企业受到电压波动影响。其中联新公司受影响次数较多，其他企业也均受到一定程度的影响。电压波动导致企业生产时原材料报废，连续发生多次电压波动引起生产设备跳停、生产线停机，给企业造成了一定的经济损失，同时也影响到当地供电局的供电可靠性。

1.2 联新公司供电电源基本情况

联新公司位于高新工业园区，用电设备较多（负荷总容量为20000 kVA），由翠山站3条10 kV线路供电，翠山站由220 kV湾琴站110 kV湾塘乙线供电到110 kV沙塘站，再由沙塘站110 kV塘翠线供电到翠山站，即沙塘站是翠山站的电源侧途经站点，110 kV湾塘乙线是翠山站的电源侧输电线路。

2 事故案例经过

2022年以来，随着开平市高新工业园区招商引资速度加快，园区大型公司用电可靠性要求不断提升。2022年9月和10月，因电压波动，园区2家大型公司生产设备故障跳停，当地供电公司立即成立专家团队就电压波动造成企业设备跳停的问题进行研究。经查阅故障记录，发现造成联新公司设备跳停的电网瞬时故障为站内开关动作，且为近区相间短路故障。相间短路故障电流非常大（4次均大于7000 A），而且持续时间超0.3 s，在此期间沙塘站的10 kV母线出现电压暂降现象。初步明确电网线路瞬时故障引起线路电压暂降，造成大型企业用电高可靠性设备保护动作。

3 事故分析

3.1 总体原因分析

现对高新工业园区配电系统大客户电压波动进行技术分析，选取受影响次数最多的联新公司进行事故分析。翠山站出线瞬时故障4条次，发生近区故障也是经过保护动作时间0.3 s，经过9 s自动重合恢复供电；在故障电流持续0.3 s的时间后会引起母线出现电压暂降现象，从而影响联新公司主供线路上的用电设备跳停。

3.2 常规故障分析

3.2.1 供电企业方面

通过分析线路录波图和自动化开关保护动作记录，10 kV沙塘线和10 kV工业线均发生实质故障，10 kV沙塘线故障点位于#1塔1T01刀闸，塔下找到老鼠尸体。10 kV工业线故障点位于#1塔1T01刀闸，塔下找到老鼠尸体。确定是线路瞬时故障造成大工业用户电源线路电压波动。

3.2.2 电力用户方面

专家团队现场勘查了电力线路瞬时故障所影响的生产线设备，对生产线设备构成、保护逻辑及生产特性进行了检查和分析，了解到联新公司用电设备的负荷总容量为20000 kVA，其中有7400 kVA用电设备对电压波动较为敏感，主要为织机捻机设备和浸胶设备，其中又以织机捻机（进口设备）最为敏感，受影响次数最多。织机捻机设备的电压承受范围为幅值不超过±15%，且对电压暂降的时限要求不超过200 ms。当电压出现波动时，生产设备自身的保护装置都会启动（报警跳停），电压恢复正常后，均需要经人工清除故障码后才能恢复正常生产。

3.3 故障录波分析

3.3.1 10 kV沙塘线速断动作跳闸

2022-09-29T00：33：17，10 kV沙塘线速断动作跳闸，重合成功，故障电流10402.8 A。

从沙塘站的录波图（图1）可以看出，从0 ms开始2M电压Uc骤降，同时产生零序电压，Ua、Ub升高，表明此时C相接地。

图1 9月29日沙塘站单相接地电压录波图

从270 ms开始，Ub电压波形骤降接近0，因C相接地产生电弧，导致B、C相短路，从360 ms开始，Ua电压波形也骤降接近0，表明此时A、B、C三相短路（图2）。

图2 9月29日沙塘站两相短路转三相短路电压录波图

从620 ms开始，Ua、Ub、Uc波形恢复正常，3U0恢复到0，表明此时开关动作（图3）。

图3 9月29日沙塘站开关动作电压录波图

相间短路从270 ms至620 ms共350 ms，根据10 kV沙塘线站内开关继保装置录得故障电流10402.8 A，达到开关动作定值（速断定值：3000 A，0.3 s），查看自动化系统沙塘线站内开关动作情况，开关在2022-09-29T00：33：17启动速断动作跳闸，9 s后启动重合闸。

3.3.2 10 kV工业线速断动作跳闸

2022-10-08T03：52：05，10 kV工业线速断动作跳闸，重合成功，故障电流12954 A。

从沙塘站的录波图（图4）可以看出，从0 ms开始2M电压Uc骤降，同时产生零序电压，Ua、Ub波形峰值升高，表明此时C相接地。

图4 10月8日沙塘站单相接地电压录波图

在400～420 ms期间，Ub、Ua波形相继骤降接近0，说明此时因C相接地产生电弧，导致A、B、C相短路（图5）。

图5 10月8日沙塘站两相短路转三相短路电压录波图

三相短路故障电流持续340 ms，自740 ms时刻开始，三相电压恢复正常，说明此时开关切断故障电流（图6）。

图6 10月8日沙塘站开关动作电压录波图

结合保护装置采集的故障电流和系统开关动作记录分析，开关检测到12954 A故障电流，达到速断动作定值（3000 A，0.3 s），启动速断动作跳闸，9 s后启动重合闸，动作正确。

两次瞬时故障为变电站首端发生近区过流故障，110 kV沙塘站是110 kV翠山站电源侧途经站点，110 kV沙塘站的10 kV母线电压暂降，引起110 kV翠山站10 kV母线电压波动。大工业用户对供电可靠性敏感设备电压暂降承受范围为电压幅值不超过±15%，且对电压暂降的时限要求不超过200 ms。根据110 kV翠山站录波文件计算，故障前后电压降幅约为23%，达到敏感设备跳停定值。

4 改进措施及建议

4.1 改进措施

（1）对开关架或者配变台架安装防鼠挡板，阻止小动物攀爬。

（2）电力设备裸露带电部分加装绝缘护套，阻断小动物与带电体的电流回路，避免线路故障跳闸。

4.2 具体建议

（1）技术部门安排对翠山站开展谐波监测，对站内电压、无功等指标进行深入检测分析，排查是否仍存在其他影响翠山站母线电压波动的原因。

（2）组织专家研判站内开关定值，决策是否可以修改站内开关速断动作定值为0 s，并设置2次重合闸实现与站外自动化开关的保护级差配合，实现近区线路短路故障电流持续时间小于大工业用户敏感设备保护动作定值。

（3）组织专家研判主网运行方式，决策是否可以优化调整主网运行方式，将110 kV翠山站改由220 kV开平站直供，减少翠山站电源线路系统阻抗对翠山站母线电压波动幅度造成的影响。

（4）建议高用电可靠性企业对生产设备进行改造升级。供电企业协助用户分析生产用电特性，建议用户通过加装UPS不间断电源、动态电压调节装置，退出低压脱扣装置或调整定值时间等措施，提高生产设备用电可靠性。

5 结束语

线路发生故障会引起邻近线路和变电站电压出现波动，电压波动严重影响电能质量，也影响着工业生产质量，严重时会导致工厂车间停电跳闸，是当地经济健康发展的一个重要隐患。为此，本文从常规故障分析和故障录波分析入手，总结出应对与防范电压波动的举措，期望能最大程度保障客户电能质量，维护供电企业利益。