廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司中山供電局 羅志恒 陳年蔚 黃永東 曾紅英 李曉丹

電力變電站的交流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中的重要組成部分，需要時(shí)刻保持正常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。近年來，為了提高電力變電站的運(yùn)行效率和安全性，應(yīng)防范交流系統(tǒng)火災(zāi)隱患的反事故措施要求，交流系統(tǒng)保護(hù)必須具備接地保護(hù)功能，新型交流饋線柜應(yīng)新規(guī)定要求已經(jīng)開始在電力變電站中使用，較舊式交流母線不同之處在于新交流母線和饋線空氣開關(guān)之間，增加了主饋線斷路器。

交流饋線柜級差由2級：饋線空氣開關(guān)、進(jìn)線斷路器（熔斷器），更改為3級：饋線空氣開關(guān)、主饋線斷路器、進(jìn)線斷路器。通常情況下8至10個(gè)饋線空氣開關(guān)經(jīng)一個(gè)主饋線斷路器連接至交流母線，一段交流母線一般搭配2至3個(gè)主饋線斷路器。主饋線斷路器相較于饋線空氣開關(guān)，主要是增加了接地保護(hù)功能，饋線空氣開關(guān)僅具備過載、大電流沖擊脫扣功能，在負(fù)荷側(cè)發(fā)生金屬性接地故障時(shí)無法動作切斷電源，當(dāng)接地點(diǎn)持續(xù)高熱便極有可能引發(fā)火災(zāi)事故，或者接地故障引起進(jìn)線斷路器跳閘形成越級跳閘，擴(kuò)大事故停電范圍，因此交流系統(tǒng)需要增加主饋線斷路器形成階段性的接地保護(hù)功能[1]。

然而，隨著電力變電站的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，新型交流饋線柜的使用也存在一些問題。例如，當(dāng)直流充電柜的充電模塊使用的是單相交流電源時(shí)，可能導(dǎo)致負(fù)載三相不平衡，在充電機(jī)對剛放完電的蓄電池組充電時(shí)，可能會產(chǎn)生極大的不平衡電流沖擊，從而導(dǎo)致主饋線斷路器跳閘。

1 隱患分析

在某110kV 變電站綜合自動化改造項(xiàng)目中，交流系統(tǒng)需整套更換，當(dāng)前已完成了新交流系統(tǒng)的單機(jī)驗(yàn)收，站用變低壓側(cè)交流進(jìn)線電纜也已轉(zhuǎn)接至新交流系統(tǒng)，但由于全站交流負(fù)荷尚未轉(zhuǎn)移，因此從新交流系統(tǒng)進(jìn)線側(cè)跳兩路臨時(shí)進(jìn)線電纜供舊交流系統(tǒng)運(yùn)行，待負(fù)荷遷移完成后拆除。

某日工作班成員監(jiān)督施工單位完成新、舊交流系統(tǒng)負(fù)荷遷移工作，當(dāng)時(shí)新、舊交流系統(tǒng)均帶電運(yùn)行中，直流系統(tǒng)的#1直流充電柜的交流電源使用第二路交流電源主供電狀態(tài)，第二路交流電源取自舊交流系統(tǒng)，第一路交流電源已轉(zhuǎn)移至新交流系統(tǒng)中，處于備用狀態(tài)。如圖1所示，其中11JK、21JK 為主饋線斷路器，1QF8、2QF8為直流充電柜在交流系統(tǒng)中的饋線空氣開關(guān)。

圖1 新舊交流系統(tǒng)負(fù)荷遷移時(shí)接線方式

圖2 直流充電柜的充電模塊使用單相交流電源截圖

圖3 直流充電柜交流電源負(fù)荷接入前新交流系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)

施工單位確認(rèn)以上兩路交流電源均正常后，將#1直流充電柜的交流電源切換至第一路交流電源主供電，停用第二路準(zhǔn)備實(shí)施#1直流充電柜的第二路交流電源轉(zhuǎn)移至新交流系統(tǒng)，此時(shí)監(jiān)督人員發(fā)現(xiàn)新交流系統(tǒng)I 段交流母線總負(fù)荷增大且變得更加不均衡（#1直流充電柜的交流負(fù)荷轉(zhuǎn)為第一路交流電源主供電，第一路交流電源取自新交流系統(tǒng)I 段交流母線），在#1交流進(jìn)線柜觀察到負(fù)荷轉(zhuǎn)移前新交流系統(tǒng)I 段母線總負(fù)荷電流A 相15.4A，B 相20.6A，C 相5.5A，增大后變?yōu)椋篈 相21.9A，B 相23.7A，C 相8.6A，即A 相增加了6.5A，B 相增加了3.1A，C 相增加了3.1A。

出于過往工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，直流系統(tǒng)的充電模塊使用三相交流輸入，因此三相電流必定是平衡的，察覺到三相負(fù)荷變化并不均衡后，驗(yàn)收人員第一時(shí)間認(rèn)為存在寄生回路[2]，暫停了施工現(xiàn)場，并且與運(yùn)行人員、施工單位一同檢查了#1直流充電柜的交流回路，檢查結(jié)果如下。

該110kV 變電站直流系統(tǒng)的充電模塊使用的是單相交流電源供電，共4臺110V AC/DC 充電模塊。110V 充電模塊交流電源相別使用情況分別是#0模塊使用A 相電源，負(fù)載為3.3A，#1模塊使用B 相電源，負(fù)載3.1A，#2模塊使用C 相電源，負(fù)載3.1A，#3模塊使用A 相電源，負(fù)載3.3A，即共計(jì)A 相電流6.5A，B 相3.1A，C 相3.1A。對比新交流系統(tǒng)的負(fù)荷變化情況吻合，不存在寄生回路。

新交流系統(tǒng)的主饋線斷路器具備接地電流保護(hù)定值[3]見表1。Ig=0.2×IN=0.2×250=50A，經(jīng)廠家確認(rèn)若不平衡電流通常高于50% Ig 即滿足動作條件[4]，即不平衡電流最低達(dá)25A 時(shí)可能保護(hù)動作（見表2）。

表1 主饋線斷路器定值單

表2 主饋線斷路器說明書保護(hù)動作特性

常態(tài)下，#1直流充電柜（2K）所在的主饋線斷路器負(fù)載已不均衡，在直流充電柜的交流電源負(fù)荷接入前，主饋線斷路器負(fù)荷電流A 相7.42A，B 相3.58A，C 相3.92A，若充電柜需要對剛完成放電的蓄電池組進(jìn)行充電，啟動電流極大，由于充電模塊是單相交流供電且并不能保證4臺充電模塊同步投入工作，同時(shí)各模塊輸出直流電壓存在差異，從而導(dǎo)致每臺輸入電流大小并不一致。按額定電流算，單臺充電模塊輸出電流20A，輸出功率110V×20A=2200W，效率90%，輸入功率=2200W/0.9=2444W，輸入電流2444W/220V= 11.11A，算上標(biāo)準(zhǔn)允許最大1.5倍過流，單臺充電模塊交流輸入峰值=11.11×1.5= 16.67A，假設(shè)極端條件下A 相交流先投入啟動，即能達(dá)到16.67A×2=33.33A 的不平衡電流，因此在極端條件下充電模塊的啟動沖擊電流已經(jīng)可能引起主饋線斷路器的接地電流保護(hù)誤動作，考慮到后期該主饋線斷路器仍有可能增加單相負(fù)載，不平衡電流只會進(jìn)一步增大，該主饋線斷路器誤動作跳閘風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步增加。

另外，直流充電柜的兩路交流電源具備自動切換功能[5]，此兩路交流電源分別取自Ⅰ、Ⅱ段交流母線，都經(jīng)過具備接地保護(hù)的主饋線斷路器且動作定值相同，如果發(fā)生主饋線斷路器跳閘導(dǎo)致直流充電柜的一路交流電源失壓，必然使其切換至另一路交流電源供電，那么另一段交流母線的主饋線斷路器便會因?yàn)橥瑯拥脑蛟俅伟l(fā)生跳閘，最終導(dǎo)致兩個(gè)主饋線斷路器的下級負(fù)載全部失壓，擴(kuò)大了事故范圍。

鑒于充電柜的交流電源存在三相負(fù)載不均衡，考慮到極端條件下，充電模塊在投向剛完成核容試驗(yàn)的蓄電池組供電時(shí)，會產(chǎn)生極大的沖擊電流從而有可能引起主饋線斷路器誤動作，建議采取以下整改措施。

一是對于直流系統(tǒng)，應(yīng)盡可能保證其交流電源三相負(fù)載平衡，具體做法是檢查站內(nèi)直流負(fù)荷，是否滿足關(guān)閉一臺充電模塊，充電機(jī)總輸出容量仍能滿足站內(nèi)直流總負(fù)荷及蓄電池組需要的條件，若滿足則關(guān)閉#3充電模塊（使用A 相交流電源）以平衡負(fù)載。

二是從交流系統(tǒng)的饋線負(fù)荷分配方面需要重新規(guī)劃，考慮到充電模塊單相交流電源啟動導(dǎo)致的不平衡電流較大，應(yīng)降低其交流電源所屬的交流主饋線斷路器的不平衡電流。為避免引起主饋線斷路器保護(hù)誤動，將使用單相電源或三相負(fù)載不均衡的，與充電機(jī)柜交流電源屬同一主饋線斷路器的交流負(fù)載，申請轉(zhuǎn)移至其他主饋線斷路器之下。

三是申請將充電柜的交流電源上級的主饋線斷路器的不平衡電流保護(hù)定值Ig 調(diào)整至0.4IN，為不平衡負(fù)載保留足夠冗余度，但必須考慮到交流進(jìn)線柜的進(jìn)線斷路器，乃至接地變低壓側(cè)不平衡電流保護(hù)定值的極差配合，必要時(shí)做相應(yīng)修改。

2 總結(jié)

隨著變電站內(nèi)應(yīng)用設(shè)備的不斷升級和改造，各類系統(tǒng)所使用的保護(hù)功能越來越完善，使得變電站的運(yùn)行更加可靠、安全，同時(shí)保護(hù)原理、接線結(jié)構(gòu)上也越來越復(fù)雜。但是，在使用這些新設(shè)備時(shí)也會面臨一些挑戰(zhàn)。首先，由于設(shè)備上的改動會引發(fā)“蝴蝶效應(yīng)”，在驗(yàn)收過程中必須敏銳地找到其關(guān)鍵點(diǎn)，工作人員需要接受必要的培訓(xùn)以適應(yīng)變化，需要更深入地了解設(shè)備特性和注意事項(xiàng)，以確保其能夠正常使用。

此外，新設(shè)備的聯(lián)動影響可能會對上下級設(shè)備產(chǎn)生意想不到的負(fù)面影響，導(dǎo)致過去不存在的運(yùn)行隱患，在處理新設(shè)備的安裝和維護(hù)時(shí)，需要密切關(guān)注其運(yùn)行狀態(tài)和異常情況，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q問題。在檢查和維護(hù)變電站時(shí)，還需要對各種設(shè)備進(jìn)行全面的檢查和測試，以確保其能夠長期穩(wěn)定地運(yùn)行。

總之，隨著變電站應(yīng)用設(shè)備不斷升級改造，必須充分認(rèn)識到新設(shè)備會產(chǎn)生的影響，并采取相應(yīng)的措施來應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。只有這樣，才能更好地保證電力事業(yè)的發(fā)展和供電質(zhì)量。