周 愨，方禮全，劉 勇

（北方國(guó)際合作股份有限公司，北京100040）

1 電站概述及電氣主接線形式

南湃（Nam Phay）水電站位于老撾賽松本特區(qū)，電站裝有兩臺(tái)立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)，總?cè)萘?6 MW，年發(fā)電量4.2億kW·h。電站于2017年5月8日2臺(tái)機(jī)組相繼完成72 h試運(yùn)行后并入老撾電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行。

南湃水電站115 kV開(kāi)關(guān)站主接線采用單母線帶旁路母線的接線方式，出線通過(guò)兩回115 kV接入中部電網(wǎng)的ThongKoun2變電站（圖1）。南湃水電站廠用電共分11 kV、22 kV及400 V 3級(jí)電壓供電，廠用電11 kV系統(tǒng)共分兩段母線，I、II段母線經(jīng)主變Tr1、Tr2降壓至11 kV，22 kV母線接地方外來(lái)22 kV電源，作為全廠備用電源，系統(tǒng)電源正常時(shí)帶電備用，外來(lái)備用廠用變高壓側(cè)斷路器52 PS在分閘位置。400 V系統(tǒng)共有兩段母線， I段母線由廠用變ST1降壓變壓器降至400 V供電；Ⅱ段母線由廠用變ST2降壓變壓器降至400 V供電；外來(lái)備用電源經(jīng)22 kV母線和備用變ST3降壓至400 VⅡ段母線供電，柴油發(fā)電機(jī)GD1作為400 V I段母線的緊急備用電源（圖2）。

圖1

圖2

2 事件經(jīng)過(guò)

事情發(fā)生前，2號(hào)機(jī)組為檢修態(tài)；1號(hào)機(jī)組為發(fā)電態(tài)，帶負(fù)荷43 MW；廠用電運(yùn)行方式為ST1帶Ι段、Ⅱ段400 V母線運(yùn)行。

2017年 6月 23日 04：22，上位機(jī)報(bào)：115 kV故障錄波裝置啟動(dòng)動(dòng)作，115 kV故障錄波裝置啟動(dòng)動(dòng)作復(fù)歸；1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)異常信號(hào)動(dòng)作，1號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)異常信號(hào)復(fù)歸；2號(hào)充電屏控制故障動(dòng)作，2號(hào)直流屏交流母線故障動(dòng)作，2號(hào)直流屏交流輸入電源異常動(dòng)作，2號(hào)直流屏交流一路過(guò)壓動(dòng)作；低壓氣系統(tǒng)報(bào)故障，中壓系統(tǒng)報(bào)故障，滲漏排水系統(tǒng)報(bào)故障，主變報(bào)冷卻器控制電源故障。至6月23日04：26，4 h內(nèi)全廠廠用電系統(tǒng)反復(fù)報(bào)電源故障。

當(dāng)值運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象后，立即通過(guò)中控室計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)查看，發(fā)現(xiàn)115 kV系統(tǒng)電壓為134.67 kV，11 kV系統(tǒng)電壓為12.88 kV；機(jī)組發(fā)電機(jī)出口斷路器、主變高壓側(cè)斷路器、115 kV出線斷路器均處于合閘位置，1號(hào)機(jī)組仍處于發(fā)電狀態(tài)。為安全起見(jiàn)，運(yùn)行人員立即同NCC（老撾電網(wǎng)調(diào)度）聯(lián)系停機(jī)，并向電站總工匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)情況。04：26對(duì)1號(hào)機(jī)組執(zhí)行了正常停機(jī)命令；同時(shí)，將廠用電切換至22 kV外來(lái)備用變ST3帶I段、II段400 V母線運(yùn)行的方式。

04：32，1號(hào)機(jī)組出口斷路器跳開(kāi)后，上位機(jī)操作跳開(kāi)115 kV L1出線側(cè)斷路器、 115 kV L2出線側(cè)斷路器、115 kV 1號(hào)主變側(cè)斷路器、115 kV 2號(hào)主變側(cè)斷路器；同時(shí)，再次聯(lián)系NCC（老撾電網(wǎng)調(diào)度）和Thongkoun2變電站斷開(kāi)對(duì)側(cè)斷路器CB3與CB4。

04：46，1號(hào)機(jī)組停機(jī)完成后，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備排查，均無(wú)異常情況。

05：38，電網(wǎng)電壓恢復(fù)正常，經(jīng)過(guò)例行檢查后，于當(dāng)日06：18并網(wǎng)發(fā)電，并滿負(fù)荷運(yùn)行，400 V廠用電帶電方式也隨即恢復(fù)原狀。

3 事件分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)及記錄分析，并與NCC（老撾電網(wǎng)調(diào)度）核實(shí)：本次事件起因?yàn)槔子晏鞖?，造成老撾中部電網(wǎng)異常波動(dòng)，致系統(tǒng)電壓突然升高，最高峰值達(dá)136.57 kV，廠用電最高峰值達(dá)454.4 V，非電站設(shè)備故障引起。同時(shí)，當(dāng)值運(yùn)行人員出于設(shè)備安全考慮，避免事故擴(kuò)大，將機(jī)組人為停機(jī)，屬于正常操作。

老撾電網(wǎng)分北部電網(wǎng)、中一區(qū)電網(wǎng)、中二區(qū)電網(wǎng)及南部電網(wǎng)4個(gè)部分，目前各地區(qū)電網(wǎng)并未全部連通形成大網(wǎng)，加上電網(wǎng)系統(tǒng)保護(hù)不夠完善，導(dǎo)致穩(wěn)定性極差。根據(jù)老撾國(guó)家電力公司相關(guān)資料顯示，目前全國(guó)輸電網(wǎng)絡(luò)仍未實(shí)現(xiàn)全面覆蓋，部分偏遠(yuǎn)地區(qū)仍無(wú)電力供應(yīng)；北部地區(qū)和南部地區(qū)仍需要從泰國(guó)、越南和中國(guó)進(jìn)口電力。同時(shí)相關(guān)數(shù)據(jù)證實(shí)，目前國(guó)內(nèi)輸配電線路主要由115 kV和22 kV高壓輸電線路和0.4 kV配電線路組成，而230 kV輸電線路目前只在北部電網(wǎng)部分投運(yùn)，其余還在建設(shè)期間，并未形成全國(guó)骨架。此外，近年來(lái)老撾全國(guó)配電損耗率一直居高不下，多年以來(lái)配電網(wǎng)絡(luò)損耗率達(dá)12.02%以上，反映出老撾電網(wǎng)線路設(shè)備老化，電網(wǎng)亟需更新升級(jí)。

老撾中部電網(wǎng)高壓輸電線路基本位于丘陵地帶，雨季期間，極易出現(xiàn)線路故障，造成所在區(qū)域發(fā)電機(jī)組甩負(fù)荷的事故發(fā)生。同時(shí)老撾中部電網(wǎng)容量偏小，且水電站為基荷電源。非計(jì)劃停機(jī)將對(duì)整個(gè)電網(wǎng)造成波動(dòng)，從而影響相鄰電站，導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，進(jìn)一步加劇電網(wǎng)波動(dòng)。

4 處理措施

經(jīng)過(guò)此次事件分析，并通過(guò)與周邊相鄰電站調(diào)研得知，老撾電網(wǎng)極易受特殊天氣影響，造成電網(wǎng)異常波動(dòng)（過(guò)壓、過(guò)頻、欠頻）。而過(guò)電壓對(duì)全廠電氣設(shè)備危害巨大，其破壞性會(huì)直接影響整個(gè)電站設(shè)備及人員安全。因此，為確保全廠電氣設(shè)備安全和正常運(yùn)行，需要采取相應(yīng)保護(hù)措施，使電站電氣設(shè)備在安全條件下運(yùn)行。

由于此次事件主要是由電網(wǎng)異常引起的，為避免類(lèi)似事件造成對(duì)電站設(shè)備危害，從老撾電網(wǎng)特殊性和電站綜合效益角度出發(fā)，采取在站內(nèi)增加過(guò)頻、過(guò)電壓和欠頻保護(hù)。

（1）欠頻保護(hù) 47 Hz、0.5 s，動(dòng)作于跳閘。

（2）過(guò)頻保護(hù) 51.6 Hz、0.5 s，動(dòng)作于跳閘。

（3）過(guò)電壓保護(hù) 1.15 Un（132.5 kV）、1 s，動(dòng)作于跳閘。

事件發(fā)生時(shí)，將系統(tǒng)與電網(wǎng)解列即可。所以保護(hù)主要增加在聯(lián)絡(luò)線即115 kV出線保護(hù)上。保護(hù)動(dòng)作后，115 kV 兩條出線解列，機(jī)組進(jìn)入甩負(fù)荷程序，自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)，當(dāng)115 kV電壓過(guò)高跳閘后，運(yùn)行人員通知ThongKoun2變電站斷開(kāi)對(duì)側(cè)斷路器CB3、CB4，以免損壞出線避雷器和電壓互感器。

5 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（1）據(jù)統(tǒng)計(jì)，電力系統(tǒng)中由電氣設(shè)備絕緣損壞而發(fā)生事故的次數(shù)約占總事故次數(shù)的50 %以上，其中由于過(guò)電壓使絕緣損壞的情況所占比重較大。過(guò)電壓分外部過(guò)電壓和內(nèi)部過(guò)電壓兩大類(lèi)。

（2）外部過(guò)電壓又稱(chēng)雷電過(guò)電壓、大氣過(guò)電壓。由大氣中的雷云對(duì)地面放電引起的。又分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓2種。直擊雷電過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間極短，約為幾十微秒，具有脈沖的特性，故常稱(chēng)為雷電沖擊波。直擊雷過(guò)電壓是雷閃直接擊中電氣設(shè)備導(dǎo)電部分時(shí)所出現(xiàn)的過(guò)電壓。雷閃擊中帶電導(dǎo)體，如架空輸電線路導(dǎo)線，稱(chēng)為直接雷擊。雷閃擊中處于接地狀態(tài)的導(dǎo)體時(shí)，如輸電線路鐵塔，使其電位升高以后又對(duì)帶電導(dǎo)體放電稱(chēng)為反擊。直擊雷過(guò)電壓幅值可達(dá)上百萬(wàn)伏，會(huì)破壞電氣設(shè)施絕緣，引起短路接地故障。感應(yīng)雷過(guò)電壓是雷閃擊中電氣設(shè)備附近地面，在放電過(guò)程中由于空間電磁場(chǎng)的急劇變化而使未直接遭受雷擊的電氣設(shè)備（包括二次設(shè)備、通信設(shè)備）上感應(yīng)出的過(guò)電壓。

本站對(duì)外部過(guò)電壓防護(hù)技術(shù)由1整套防雷裝置構(gòu)成，主要包括避雷器、引下線、接地系統(tǒng)。避雷器作為雷電過(guò)電壓保護(hù)的重要設(shè)備之一，安裝在導(dǎo)線和大地之間，與被保護(hù)電氣設(shè)備成并聯(lián)狀態(tài)，是用來(lái)預(yù)防過(guò)電壓的重要措施之一。當(dāng)由線路傳入電站的不正常電壓沖擊波超過(guò)避雷器保護(hù)水平時(shí)，避雷器首先放電，并將高壓沖擊電流引入大地，利用接地裝置限制電壓幅值，保護(hù)電氣設(shè)備不受損壞。引下線是針對(duì)雷電直接擊中的情況而設(shè)置，連接避雷器和接地裝置，將避雷器接到的雷電流泄放到接地裝置后再引入大地。雷電擊帶來(lái)的能量主要集中在水電站建筑外墻旁，本站所有室內(nèi)電氣設(shè)備都與引下線的立柱保持3 m以上的距離，避免了雷電沖擊的影響。另外在115 kV線路保護(hù)裝置中增加過(guò)電壓保護(hù)也在一定程度上避免了過(guò)電壓對(duì)站內(nèi)設(shè)備產(chǎn)生的不良影響。

（3）內(nèi)部過(guò)電壓是電力系統(tǒng)中斷路器運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)或系統(tǒng)故障引起的過(guò)電壓。有暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓。

暫態(tài)過(guò)電壓是由于斷路器操作或發(fā)生短路故障，使電力系統(tǒng)經(jīng)歷過(guò)渡過(guò)程以后重新達(dá)到某種暫時(shí)穩(wěn)定的情況下所出現(xiàn)的過(guò)電壓 ，又稱(chēng)工頻電壓升高。常見(jiàn)的有：①遠(yuǎn)距離線路空載電容效應(yīng)，②三相不對(duì)稱(chēng)短路接地，③甩負(fù)荷過(guò)電壓。操作過(guò)電壓是由于負(fù)載突變而引起的衰減較快持續(xù)時(shí)間較短的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓是電力系統(tǒng)中非線性?xún)?chǔ)能元件在工頻或某頻率下發(fā)生共振所造成的過(guò)電壓。

本站內(nèi)部過(guò)電壓防護(hù)技術(shù)采用綜合防過(guò)電壓措施：①分區(qū)屏蔽不同電磁兼容區(qū)，連接所有的鋼結(jié)構(gòu)建筑，如高壓室和控制室等并保證良好接地；②數(shù)據(jù)通信的電纜采用屏蔽性良好的光纜，以降低過(guò)電壓產(chǎn)生的電磁感應(yīng)的影響；③采用良好屏蔽性的、外殼鍍銅的鋼板進(jìn)行設(shè)備的屏蔽；④發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置設(shè)置過(guò)電壓保護(hù)。這些措施的實(shí)施在很大程度上減少了過(guò)電壓對(duì)水電站設(shè)備的危害。

6 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，老撾經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，電力需求急劇增長(zhǎng)。同時(shí)老撾國(guó)內(nèi)電網(wǎng)正處于升級(jí)更新階段，隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，作為維護(hù)電氣設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的一部分，過(guò)電壓保護(hù)是當(dāng)前研究的方向和基礎(chǔ)。過(guò)電壓保護(hù)措施為電氣設(shè)備、出線設(shè)備及斷路器等提供了穩(wěn)定的保護(hù)，從而保證電站設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。