程振凱，劉 莉，閆 單

（國網(wǎng)安徽省電力公司馬鞍山供電公司，安徽 馬鞍山 243000）

2014-04-21T11:26，某變電站在進(jìn)行所用變電源切換過程中，發(fā)生站內(nèi)通信專用高頻開關(guān)電源因市電失壓導(dǎo)致故障的事件，影響了變電站內(nèi)通信設(shè)備、保護(hù)通道、遠(yuǎn)動(dòng)通道的正常運(yùn)行。

1 故障經(jīng)過

根據(jù)省檢修公司的工作安排，2014-04-21 T08:00—17:00，變電站運(yùn)行人員進(jìn)行站用交流電切換工作。在站用電切換過程中，由于通信電源故障，導(dǎo)致站用交流電短時(shí)間全停。

當(dāng)日11:26，在站用電切換過程中，站用交流電短時(shí)間全停，通信系統(tǒng)-48 V通信高頻開關(guān)電源1，2號屏均于11:26:16發(fā)生交流失電。在交流失電的情況下，1號蓄電池組投運(yùn)30 s、2號蓄電池組投運(yùn)32 s后，1，2號通信高頻開關(guān)電源產(chǎn)生了直流電壓低的告警，隨后啟動(dòng)了負(fù)載下電，導(dǎo)致了通信設(shè)備失電，全站通信設(shè)備、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通道、2M保護(hù)通道中斷。11:27:43交流恢復(fù)，1,2號通信高頻開關(guān)電源恢復(fù)運(yùn)行，通信設(shè)備、調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通道、2M保護(hù)通道陸續(xù)恢復(fù)正常。

2 通信電源配置情況

該站通信電源由2組250 A高頻開關(guān)電源和2組300 Ah蓄電池組成，1組開關(guān)電源帶1組蓄電池。每臺高頻開關(guān)電源從站用電各引入2路交流電源，2臺高頻開關(guān)電源的直流輸出從負(fù)載支路1引入直流分配屏，電池保護(hù)支路未接負(fù)載。在直流分配屏中2段輸入-48 V通過1根銅牌連通，并帶4排負(fù)載空氣開關(guān)。通信電源接線如圖1所示。

圖1 通信電源接線示意

2014-05-06，對通信電源系統(tǒng)進(jìn)行了以下一系列的檢查和處理。

(1)在1號蓄電池組處斷開電源側(cè)的正、負(fù)極連接線，對1號蓄電池組進(jìn)行放電試驗(yàn)。第1次設(shè)置放電電流100 A(放電負(fù)載儀型號：臺灣群菱DCLT-4810，最大負(fù)載電流為100 A)，終止電壓43.2 V，放電儀啟動(dòng)后立即停止。第2次設(shè)置放電電流30 A，終止電壓43.2 V，放電儀放電5 min后測試電池單體電壓，發(fā)現(xiàn)1號蓄電池組19號電池單體電壓已降至0.26 V。據(jù)此判斷1號蓄電池組有較少容量(放出2.5 Ah電量)，但不能滿足大電流使用要求。

(2)在2號蓄電池組處斷開和電源側(cè)的正、負(fù)極連接線，對2號蓄電池組進(jìn)行放電試驗(yàn)。設(shè)置放電電流100 A，電池組電壓很快降至46.9 V并穩(wěn)定放電；發(fā)現(xiàn)有單體電池電壓降至1.7 V后，停止放電，2號蓄電池組共放出143 Ah的容量。

3 故障原因分析

3.1 通信電源及蓄電池組檢測分析

(1)蓄電池組的放電試驗(yàn)表明：1號蓄電池組容量非常小，無法滿足大電流的使用要求；2號蓄電池組雖然容量不滿，但還有一半的容量。

(2)2次調(diào)整2臺開關(guān)電源的直流電壓，負(fù)載電流隨即發(fā)生轉(zhuǎn)移，證明了直流分配屏中的2個(gè)單向二極管運(yùn)行正常，不存在一組蓄電池組向另一組供電的可能。

根據(jù)事故當(dāng)日通信電源交流失電的情況分析，當(dāng)開關(guān)電源的交流輸入全停時(shí)，蓄電池組開始帶負(fù)載，由于1號蓄電池組電量較少，負(fù)載能力低(有1只電池電壓低)，可能小電流(估計(jì)不會超過30 A)帶負(fù)載30 s后負(fù)載下電動(dòng)作；2號蓄電池組提供大電流(估計(jì)100 A以上)，在1號蓄電池組下電后2號蓄電池組帶全部負(fù)載，2 s后2號開關(guān)電源負(fù)載下電動(dòng)作。根據(jù)2號電池組的放電試驗(yàn)結(jié)果，不應(yīng)該在供電32 s后就啟動(dòng)負(fù)載下電。

現(xiàn)場通信電源實(shí)際接線情況是，2組蓄電池在1樓交直流室，通過長35 m，截面積70 mm2的電纜分別和2樓機(jī)房內(nèi)的2套開關(guān)電源連接。

事故當(dāng)日，交流失電2號蓄電池組帶全部負(fù)載，原負(fù)載電流是132 A/53.5 V，電池放電時(shí)負(fù)載電流是150 A/46.9 V(根據(jù)P=IU計(jì)算)。理論計(jì)算當(dāng)時(shí)電纜上直流壓降ΔU=IR=IρL/S=150×0.0 175×2×35/70≈2.63 V，其中，R(導(dǎo)線電阻)=ρ×L/S，ρ(銅的電阻率)=0.0 175 Ω·mm2/m，L(導(dǎo)線長度)=2×35=70 m，S(導(dǎo)體截面積)=70 mm2；I(電池供電時(shí)電流)=150 A。正常情況下直流配電屏及熔絲壓降值取0.2 V，則總體壓降為2.83 V。

為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，模擬長為35 m、截面積為70 mm2的電纜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為，在46.6 V/149.2 A時(shí)，電纜上的直流電壓為3.14 V，高于理論值。開關(guān)電源設(shè)置的負(fù)載下電電壓是44 V，電池保護(hù)電壓是43.2 V，負(fù)載下電和電池保護(hù)允許都設(shè)置為“是”，即當(dāng)電池組端電壓達(dá)到47.14 V時(shí)，就啟動(dòng)負(fù)載下電動(dòng)作；如考慮配電屏及熔絲壓降0.2 V，則當(dāng)電池組端電壓達(dá)到47.34 V時(shí)，就啟動(dòng)負(fù)載下電動(dòng)作。

分析當(dāng)時(shí)的情況為：當(dāng)交流失電時(shí)，蓄電池組開始帶負(fù)載，由于端電壓低，1，2號開關(guān)電源均發(fā)出直流電壓低告警(設(shè)置為45 V)，說明開關(guān)電源處電壓值低于45 V(日志顯示1，2號開關(guān)電源交流停電與直流電壓低告警是同一時(shí)間)。由于1號蓄電池組電量較少，組電壓低(有1只電池電壓低)，帶了較少負(fù)載，在30 s后負(fù)載下電動(dòng)作(按電流74 A計(jì)算，需0.62 Ah電量，小于實(shí)驗(yàn)中1號蓄電池組放出的容量2.5 Ah)。此時(shí)由2號蓄電池組帶全部負(fù)載，電流增大1倍(132 A/53.5 V，150 A/46.9 V)，電纜上直流壓降也增大1倍(按電流增加74 A計(jì)算,理論壓降增加74×0.0 175×2×35/70≈1.3 V。模擬實(shí)驗(yàn)中，在74 A電流時(shí)直流壓降為1.63 V)，2號開關(guān)電源處的電壓2 s后掉至44 V以下，雖然2號電池組還有容量，在帶全部負(fù)載后，僅運(yùn)行2 s開關(guān)電源就啟動(dòng)了負(fù)載下電，導(dǎo)致所有通信設(shè)備失去電源。

通信電源于2006年8月投運(yùn)，截至2012年下半年2臺開關(guān)電源的負(fù)載電流合計(jì)不超過50 A，分?jǐn)偟?組電源上，直流壓降影響微小。之后連續(xù)新投了OTN設(shè)備、綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備等，負(fù)載電流迅速升高。雖然當(dāng)時(shí)擴(kuò)容了開關(guān)電源的整流模塊，但未考慮到單電源供電時(shí)，電纜上直流壓降較大(比初設(shè)時(shí)增加5倍)造成的影響，這成為了此次事件的主要原因。

3.2 原因分析

(1)正常運(yùn)行時(shí)，1臺站用變壓器供全站低壓母線負(fù)荷，另外2臺站用變備用，而每季度的切換電源試驗(yàn)對各類設(shè)備均是一次沖擊考驗(yàn)。此次通信電源失電就發(fā)生在站用電切換試驗(yàn)時(shí)。

(2)1號蓄電池組中的1只蓄電池容量嚴(yán)重不足，造成整組不能正常供電，全部負(fù)荷均由2號蓄電池組供電，較大電流在導(dǎo)線上的壓降造成蓄電池組供電時(shí)低電壓下電保護(hù)切除負(fù)荷，這是造成此次事件的直接原因。

(3)通信設(shè)備不斷增加，尤其是大容量設(shè)備增加時(shí)，未考慮通信電源蓄電池組容量及較長導(dǎo)線(蓄電池組與直流母線分配屏不在一處安裝)的電壓降，負(fù)荷下電保護(hù)的采樣電壓與電池組端電壓實(shí)際值存在偏差，導(dǎo)致錯(cuò)誤地切除負(fù)荷，這也是本次事件的直接原因。

(4)通信電源直流分配為單母線供電，形成線路薄弱點(diǎn)，失去了電源線路雙配置的優(yōu)勢。

4 整改措施

(1)重新核算負(fù)載下電保護(hù)的電壓整定值。將2套艾默生高頻開關(guān)電源的負(fù)載下電和電池保護(hù)電壓均設(shè)定為41.6 V(41.6=43.2-1.6，負(fù)載全部在負(fù)載下電開關(guān)上)，保證在交流失電時(shí)，滿足電池保護(hù)(大于43.2 V)的要求，最大限度地輸出電池能量，同時(shí)又不會因電壓過低(SDH通信設(shè)備最低工作電壓為40 V)而對設(shè)備造成影響。

雙電源供電時(shí)，按每電池組48 V/80 A供電，電纜直流壓降ΔU=IR=IρL/S =80×0.0 175×2×35/70=1.4 V，加上熔絲壓降0.2 V,全部壓降為1.6 V。在單電源供電時(shí)，全程壓降為3.14 V；此時(shí)，負(fù)載下電電壓設(shè)定為41.6 V，電池端電壓在44.56 V時(shí)動(dòng)作，電池存在較早下電的問題。為解決下電參數(shù)設(shè)置問題，可增加電池組處電壓監(jiān)測單元，按電池組處電壓進(jìn)行控制，但由于電纜壓降的存在，可能會出現(xiàn)通信設(shè)備處電壓過低的隱患，因而最終可通過減小電纜電阻來解決。

(2)通信電源已投運(yùn)8年，接近使用壽命，可納入下季度改造計(jì)劃。通信電源系統(tǒng)的更換改造應(yīng)考慮：

① 更換容量不足的蓄電池組；

② 直流母線分段，分為1號電源—1號蓄電池組—1號直流母線至各通信設(shè)備第1電源；2號電源—2號蓄電池組—2號直流母線至各通信設(shè)備第2電源，凡是不具備第2電源接入的通信設(shè)備，都按圖2進(jìn)行改造；

③ 增加蓄電池至電源屏之間的導(dǎo)線截面積，按2×70 mm2施工。

圖2 不具備第2電源接入的通信設(shè)備改造示意

(3)站用電的正常運(yùn)行方式改為：1號站用電變壓器供400 V一段母線，2號站用電變壓器供400 V二段母線，0號站用電變壓器作為2個(gè)母線的備用，任一母線失電應(yīng)能實(shí)現(xiàn)自投。

在未改變目前運(yùn)行方式前，應(yīng)建立電源失電聯(lián)系機(jī)制，在電源切換前告知通信人員，盡量縮短切換電源時(shí)的失電時(shí)間。

(4)建議對直流負(fù)載大的通信電源供電系統(tǒng)使用220 V直流電源，以降低總回路和各支路的電流。