10kv线路故障越级跳闸导致全线停运分析

0引言

随着现代配电网的发展,10 kV线路配置了各种相关保护。但10 kV配电网络属于低压供电的范畴,形成相对比较复杂,随着社会经济的发展,配电网络及其供电系统呈现出极大的地区差异。目前,10 kV 线路保护多为电力升级改造后新配置保护,与变电站侧10 kV线路出线保护配置装置新旧不一,新旧设备迭代,难免出现相关装置配合不同步的问题。动作于跳闸的继电保护,在技术上一般应满足四个基本要求,即可靠性(安全性和信赖性)、选择性、速动性和灵敏性^[1]。通过分析现实10 kV线路跳闸原由,确定其保护配置问题,配合整定相关电力元件的继电保护,能够提高配电网运行的安全性、经济性和稳定性。

本文主要通过对10 kV大纳线线路跳闸故障进行查找分析,梳理导致本次事故的原由,以期为此后本线路的安全运行打下坚实的基础,为实际配网运行积累宝贵的经验,避免此类事故再次发生。

1 故障介绍

1.1 线路概况

10kV大纳线属于城区供用电线路,全线总长1.6 km,为架空电缆混合型供电线路,其主干线架空导线使用LGJ—185型钢芯铝绞线,主干线电缆型号为YJV22—3×300,主干线电缆铺设长度约为789 m。故障前,全线受电变压器15台,其中公用变压器2台,总容量900 kVA,用户专用变压器13台,总容量5 955 kVA。据统计,线路常年日均负载率38.61%,2021年至今线路正常运行时最大电流163.3 A。

1.2 故障情况

2023—12—30T09:51,变电站 自动监控系统报警显示10 kV大纳线过流I段保护动作跳闸,动作电流显示缺失,重合闸未启用,10 kV大纳线全线失电;同时,线路配电自动化回传信号显示,10 kV大纳线#8杆T接用户开关过流I段动作跳闸,动作电流值为6 219 A。10 kV大纳线保护动作开关保护整定值如表1所示。

2 故障过程

2.1 故障查找及送电过程

电力监控信息系统传回数据显示,故障时10 kV大纳线#8号杆T接用户开关和大欧变电站10 kV大纳线开关同时动作跳闸,可能存在越级跳闸,导致全线失电。10 kV大纳线电缆占比大于30%,88%用电负荷为T接的工业负荷,依据电力行业电网系统运行规范以及当地运行经验,此线路电缆线路所占比例较大且工业负荷较重,不宜投入重合闸运行,故大欧变电站大纳线开关未投重合闸。

经查询,10 kV大纳线最近一次巡视为2023年11月2日,巡视时未发现明显缺陷,全线线路及设备运行状态良好。此次跳闸距离最近一次巡视约2个月,时间间隔不远,推测因线路本身设备故障导致全线失电可能性较小。

此线路供出专用变压器为13台,占比高达88%,工业负荷较多,用户专用变压器采用高供高计的电量采集模式,计量PT一次侧直接接地以保证计量精准,若采用非故障段线路绝缘摇测方式分段查找故障点,则需要逐一断开所有PT一次侧直接接地的T接用户变压器,操作比较烦琐,并且会大幅增加停电时间,严重影响居民生产生活用电,不利于工业生产,造成巨大社会舆论压力。因此,通过带电巡视方式沿线路进行巡视检查,并基于用户反馈报修95598系统以及线路用户群众信息进行初步分析,结果未见异常现象。电力监控信息系统回传显示10 kV大纳线#8杆T接用户来摇科技有限公司开关跳闸,与变电站出线开关跳闸时间一致,经研究,先隔离10 kV大纳线#8杆T接来摇科技有限公司,全线试送一次。2023—12—30T11:51,变电站开关合闸试送成功,确认故障点为10 kV大纳线#8杆T接来摇科技有限公司支线。

随后,将10 kV大纳线#8杆T接来摇科技有限公司进线开关转为冷备用,对10 kV大纳线#8杆T接点至来摇科技有限公司进线段进行绝缘测试,绝缘摇测三相绝缘值平衡,如图1所示,A、B、C三相均约为11.5 GΩ,从而判断线路T接点至来摇科技有限公司进线段线路及设备运行正常。因此,故障明确为10 kV 大纳线#8杆T接来摇科技有限公司自身原因导致10kV 大纳线全线失电。

2.2 故障点现场设备状况

10 kV大纳线#8杆T接用户为来摇科技有限公司,现场对客户设备进行检查,眼到之处并未发现厂区电气设备外型及外观有电力故障,因属于用户资产,设备运行维护责任属用户范围,遂告知用户自行对自有接入公用电网专用设备使用相关检测仪器进行进一步检查。2024年1月1日,来摇科技有限公司负责人告知:检测发现变压器进线穿墙套管内漏水,导致导管内一处电缆故障并致三相短路,已修葺完善并试验合格,申请送电接入公用电网运行。故于当日正常送电。

3 故障原因分析及解决措施

3.1 故障直接原因

综上,此次故障主要由10 kV大纳线#8杆T接用户来摇科技有限公司电缆故障引起。故障发生时,10 kV 大纳线#8杆T接用户来摇科技有限公司支线开关与大欧变电站内10 kV大纳线开关同时跳闸,10kV大纳线#8杆T接用户来摇科技有限公司支线开关配置三段式电流保护,如果当10 kV大纳线#8杆T接用户来摇科技有限公司支线故障时,T接支线开关动作于跳闸后立即隔离故障点,理论上并不会引起大欧变电站内10 kV大纳线开关跳闸,导致停电区域扩大。

3.2 故障间接原因

经查询,大欧变电站内10 kV大纳线开关过流I段保护定值为2640 A，过流I段整定时间为0s。由于大欧变电站10 kV大纳线开关保护装置于2006年投入运行，比较老旧，保护跳闸动作电流装置未记录,无法显示故障电流大小。于是查看变电站内故障录波装置中大欧变电站1号主变高压侧101开关电流(10 kV大纳线由大欧变电站1号主变供电)波形变化图，如图2所示。

参照电流波形突变量对比,再加上故障时1号主变所接进出线只有10 kV大纳线故障,从而判断出此时电流突变波动应由10 kV大纳线引起,其变化量应为故障发生时的暂态电流。经比对,变电站后台电流数 据采样回传值显示当时变电侧故障电流值为6 357 A。

如图3所示,大欧变电站10 kV大纳线开关过流I段于0 ms启动保护,16 ms时开关动作跳闸切除故障线路。

表2为故障发生时10 kV大纳线#8杆T接用户开 关过流I段动作信息表,启动时间为0 s,动作电流为6219 A。

由10 kV大纳线#8杆T接用户开关与大欧变电站 内10 kV大纳线开关过流I段保护电流对比可知,电流差距不大,与变电站后台电流数据采样回传故障电流值相吻合。

如表3所示,大欧变电站内10 kV大纳线开关与10 kV大纳线#8杆T接用户开关同时启动过流I段保护,并于16 ms返回动作成功信息,同时动作于跳开开关。

3.3 故障原因

10 kV大纳线#8杆T接用户故障为主要因素,又由于变电站开关与#8杆开关过流I段时间均为0 s,当故障冲击电流较大且同时达到两个开关保护动作跳闸阈值,两套保护同时启动,无法进行级差配合,从而使得二者同时动作于跳闸,导致全线失电。

3.4解决措施

由以上分析不难看出,两个开关保护因同时达到启动电流值,同时发出信号动作于跳闸。由于故障用户与10 kV大纳线#8杆T接,用户距离变电站出线距离比较短,如图4所示,保护设置定值不存在逻辑上的问题。故障点距离变电站出线开关侧很近,短路阻抗较小,短路电流较大,当近电源点及靠近变电站母线出线侧发生故障时,故障电流较大,会导致变电站出线开关电流保护启动,保护出口跳开故障线路。

由于10 kv大纳线#8杆T接用户故障时所产生的故障电流过大,无法满足10 kv大纳线#8杆T接用户开关跳开后,上一级变电站出线侧开关不跳闸的逻辑, 因此应将此用户改接至其他线路下火点进行供电,以保证此类越级跳闸事故不再发生。

此次故障主要起因为用户设备故障,加之故障点靠近变电站母线出线侧且故障冲击电流过大,导致越级跳闸。为防止此类事故再次发生,可从以下几个方面进行防范:

一是加强入网设备日常管理,特别是接入电网的专用变压器用户。专用设备用户的资产属于自身所有,当地电网管理部门应定期对用户设备进行巡查,引导用户合理规范使用相关电力设施设备,严禁用户私自增加超过批复的接入电网的用电负荷及设备,落实缺陷设备整改,保障用户 自身设备运行正常,使其合理使用自有设备进行生产,防止过负荷运行及带病运行,避免因用户 自身原因导致全线大面积失电情况的发生。

二是要合理计算用户接入电网设备相关变量,合理安排用户接入公用线路T接下火点,确保用户T接开关能先一级自动切除故障而不引起其他地方失电。

三是积极升级改造相关电力设备,综合后台监控传输数据分析,优化微机后台数据分析及逻辑,譬如本次已收到10 kv大纳线#8杆T接用户开关跳闸信息,且无其他故障反映信息,应立即启用重合闸功能或人工操控合闸一次,减少停电时长。

四是除日常巡检外,10 kv线路越级跳闸的防治还离不开技术监管的支持,如基于数字跟踪技术,对电网系统实施跟踪式管理。此外,加装经济低耗的高压丝具或分界负荷开关也有助于避免10 kv线路越级跳闸故障^[2]。

4 结束语

目前接入配电网系统的用户较为复杂,虽然在公用电网T接点下火处配置有保护的开关能有效拦截单一故障,但也会导致全线停电的状况出现。电力系统供电中断将使生产停顿、生活混乱,甚至危及人身和设备安全,给国民经济带来严重损失^[3]。10 kv线路在长期运行中,难免会发生越级跳闸的故障,应对每一次跳闸故障查清原由,对症下药进行整治和预防,以降低故障风险,进一步保障10 kv线路以及电网稳定运行供电。

[参考文献]

[1]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京:中国电力出版社,2010.

[2]孙金玉洁.浅谈如何解决10kV线路的越级跳闸问题[J].中国新技术新产品,2015(8):55.

[3]孟祥萍,高蕪.电力系统分析[M].2版.北京:高等教育出版社,2010.

《机电信息》2024年第17期第14篇