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        一起雷擊跳閘事故中電動(dòng)機(jī)返送電對(duì)電網(wǎng)的影響分析

        2022-03-17 08:15:56藍(lán)彬桓黃宇涵
        四川電力技術(shù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:零序斷路器電動(dòng)機(jī)

        藍(lán)彬桓,黃宇涵,陳 鵬

        (國(guó)網(wǎng)四川省電力公司遂寧供電公司,四川 遂寧 629000)

        0 引 言

        繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)第一道防線,承載著切除故障、恢復(fù)供電的重要作用,其動(dòng)作可靠性直接決定電網(wǎng)能否安全運(yùn)行。然而,電力系統(tǒng)由集中式向分布式的演變過程對(duì)電網(wǎng)繼電保護(hù)控制提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1],尤其是在終端110 kV系統(tǒng)中,在唯一電源側(cè)發(fā)生故障后,電動(dòng)機(jī)返送電可能讓站內(nèi)多個(gè)設(shè)備感受到暫態(tài)故障電流[2],進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置的不正確動(dòng)作,威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。下面針對(duì)一起雷擊跳閘引起的電動(dòng)機(jī)返送電事故進(jìn)行詳細(xì)分析。

        1 事故簡(jiǎn)述

        1.1 系統(tǒng)運(yùn)行方式

        220 kV A站:110 kV兩段母線并列運(yùn)行,110 kV L1線167斷路器運(yùn)行于Ⅰ母;110 kV L2線168斷路器運(yùn)行于Ⅱ母,對(duì)側(cè)110 kV D站155斷路器熱備用;110 kV L4線164斷路器運(yùn)行于Ⅰ母;變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地。

        110 kV B站:110 kV兩段母線并列運(yùn)行,110 kV L1線152斷路器運(yùn)行于Ⅰ母,L1線為110 kV B站唯一進(jìn)線電源點(diǎn);110 kV L4線151斷路器運(yùn)行于Ⅰ母;變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地。

        110 kV C站:110 kV L3線為用戶C站的主供電源,162斷路器運(yùn)行于Ⅱ母;110 kV L4線為用戶C站的備用電源,但站內(nèi)并未啟用備自投,161斷路器處于分位。

        L1、L2線路部分輸電區(qū)間為同塔架設(shè),具體電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        圖1 系統(tǒng)運(yùn)行方式

        1.2 事故狀況及保護(hù)動(dòng)作報(bào)告

        2020年7月24日06:29:18左右,A站側(cè)L1線167斷路器、L2線168斷路器保護(hù)跳閘,B站側(cè)L1線152斷路器保護(hù)跳閘,同時(shí)1號(hào)主變壓器間隙被擊穿。L2線D側(cè)155斷路器本身處于分位,保護(hù)未動(dòng)作。各站動(dòng)作報(bào)文詳見表1。

        經(jīng)巡視后發(fā)現(xiàn)在L1線9號(hào)塔上相、L2線10號(hào)塔上相(同塔)絕緣鋼帽均存在明顯雷擊痕跡,判斷為雷擊引起的跳閘事故,由表1可知,L1線167斷路器動(dòng)作后重合成功,但由于終端B站152斷路器動(dòng)作后未重合,導(dǎo)致B站全站停電。

        表1 各站動(dòng)作報(bào)文

        2 事件原因分析

        2.1 保護(hù)動(dòng)作分析

        1)調(diào)取L2線A站側(cè)線路保護(hù)故障波形如圖2所示,由圖可知,A站側(cè)母線A、B相電壓下降,電流增加,并產(chǎn)生零序電壓、零序電流,A、B相測(cè)量阻抗明顯低于C相,推斷為A、B兩相接地故障。D站側(cè)斷路器處于分位,因此差動(dòng)電流等于制動(dòng)電流,達(dá)到式(1)動(dòng)作條件,差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作正確[3]。

        圖2 220 kV A站L2線故障錄波

        (1)

        式中:IdΦ為相差動(dòng)電流;IrΦ為相制動(dòng)電流;Idset為差動(dòng)電流整定定值。

        2)調(diào)取L1線兩側(cè)線路保護(hù)故障波形對(duì)比如圖3所示,圖中標(biāo)識(shí)1代表A站側(cè)電氣量,標(biāo)識(shí)2代表B站側(cè)電氣量。由圖可知,故障時(shí)兩側(cè)B相電壓同時(shí)下降,兩側(cè)B相電流增加且同相位,A、C相位相反,由此推斷L1線發(fā)生區(qū)內(nèi)B相故障。隨后,B站側(cè)152斷路器先一步切除故障,電壓恢復(fù),故障電流消失,約一個(gè)周波后A站側(cè)167斷路器動(dòng)作,母線電壓隨即恢復(fù)。

        圖3 L1線兩側(cè)故障波形對(duì)比

        A站側(cè)B相測(cè)量阻抗最低達(dá)到0.2 Ω,小于保護(hù)定值,L1線距離Ⅰ段動(dòng)作。由于雷擊為瞬時(shí)性故障,且152斷路器先跳開,A站側(cè)167斷路器滿足檢母線有壓線路無壓條件重合成功,綜合判斷A站側(cè)保護(hù)裝置正確動(dòng)作。

        3)L1線作為110 kV B站的唯一進(jìn)線電源,在電源側(cè)發(fā)生故障后,B站應(yīng)無法向L1線提供故障電流。但根據(jù)動(dòng)作報(bào)文和錄波分析,B站側(cè)L1線B相存在明顯故障電流,B站側(cè)故障測(cè)距阻抗為0.13 Ω落于定值動(dòng)作區(qū)間,從而導(dǎo)致距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作,L1線152斷路器未投重合閘,從而導(dǎo)致L1線在瞬時(shí)故障后重合失敗,將具體分析故障電流來源。

        將L1線、L3線故障電流波形進(jìn)行對(duì)比,如圖4所示,其中標(biāo)識(shí)1代表L3線電氣量,標(biāo)識(shí)2代表L1線電氣量。由圖可知,兩條線路電流幅值、相位接近一致,具體存在差異是因?yàn)榻拥攸c(diǎn)的零序電源向L1線提供零序電流。

        圖4 L1、L3線故障電流波形

        由圖5可知,故障發(fā)生前頻率為49.972 Hz,電壓二次值約為60 V,故障切除后,母線電壓、母線頻率持續(xù)下降??紤]為故障切除后,C站的大電動(dòng)機(jī)負(fù)荷可以視為暫態(tài)小電源向母線反送電,但受到負(fù)荷制動(dòng)作用,其轉(zhuǎn)速越來越低,輸出電壓下降,符合大電動(dòng)機(jī)反送電的特征[4]。由此,可以推斷出C站電動(dòng)機(jī)反送電是導(dǎo)致B站152斷路器動(dòng)作的根本原因。

        圖5 B站母線電壓及頻率波形

        4)本次故障由雷電直擊桿塔引起,事故過程中線路避雷器未能防止雷電波侵入變電站B,之后B站1號(hào)主變壓器間隙率先被擊穿。B站內(nèi)兩臺(tái)主變壓器電流波形如圖6所示。由圖可知,在故障時(shí)1號(hào)主變壓器間隙流過穩(wěn)定電流,代表此時(shí)間隙已被擊穿,雷電過電壓波通過1號(hào)主變壓器間隙被導(dǎo)入地,因此2號(hào)主變壓器間隙未被擊穿。此時(shí)局部電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)A站主變壓器中壓側(cè)接地、B站1號(hào)主變壓器接地兩個(gè)接地點(diǎn),故障點(diǎn)零序電源以這兩個(gè)接地點(diǎn)構(gòu)成回路,三相中流過同相電流。因此在B站1號(hào)主變壓器中三相電流基本同相,呈現(xiàn)典型零序特征。綜上所述,1號(hào)主變壓器間隙被擊穿后形成接地點(diǎn),防止了雷電波對(duì)變壓器的損壞,主變壓器間隙動(dòng)作行為正確[5]。

        圖6 兩臺(tái)主變壓器電流波形

        3 結(jié) 論

        該事故因雷電直擊桿塔導(dǎo)致L2線發(fā)生A、B相接地短路故障,該線路兩側(cè)差流滿足差動(dòng)保護(hù)條件,保護(hù)正確動(dòng)作跳開168斷路器;同時(shí),同塔L1線發(fā)生B相接地短路故障,A站側(cè)距離保護(hù)I段動(dòng)作,1.5 s后重合閘正確動(dòng)作,而由于大電動(dòng)機(jī)返送電讓B站L1線距離保護(hù)感受到故障電流,跳開152斷路器,因此L1線重合失敗。此外,雷電波沿L1線侵入B站導(dǎo)致1號(hào)主變壓器間隙被擊穿,主變壓器電流呈典型零序特征。針對(duì)本事故中發(fā)現(xiàn)的問題和隱患,特提出以下幾點(diǎn)建議:

        1)終端110 kV變電站在來電側(cè)故障時(shí),大電動(dòng)機(jī)返送電可能會(huì)為故障點(diǎn)提供故障電流,影響瞬時(shí)性故障線路成功重合。建議電網(wǎng)單位加強(qiáng)對(duì)用戶站負(fù)荷的分析管控,并針對(duì)性進(jìn)行合理保護(hù)配置,避免因用戶負(fù)荷特性影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

        2)若線路避雷器不能發(fā)揮作用,雷電波侵入變電站后若未擊穿間隙且電壓較高,則存在主變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作跳三側(cè)的可能,延誤后續(xù)恢復(fù)送電進(jìn)度。建議定期檢查線路避雷器可靠性,降低電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

        3)L1線發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí),若A站側(cè)斷路器先跳閘,則會(huì)導(dǎo)致B站失去接地點(diǎn)運(yùn)行,單相接地故障時(shí)零序電壓理論值可能達(dá)300 V[2],導(dǎo)致零序過壓保護(hù)動(dòng)作,跳主變壓器各側(cè)斷路器,延誤后續(xù)恢復(fù)送電進(jìn)度。建議在終端110 kV系統(tǒng)中將光纖差動(dòng)保護(hù)設(shè)為主保護(hù),區(qū)內(nèi)故障時(shí)同時(shí)跳開兩側(cè)斷路器,防止110 kV系統(tǒng)中性點(diǎn)失地后經(jīng)線路側(cè)接地點(diǎn)運(yùn)行。

        下一步,將詳細(xì)量化分析電動(dòng)機(jī)返送電的暫態(tài)特性,求解大電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。

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