变电站全站失压机理分析

甘凌霄，单翔，朱灵子，林刚，朱剑宇

（1.贵州电网公司贵阳供电局，贵阳550000；2.贵州电网公司电力调度控制中心，贵阳550000）

变电站全站失压机理分析

甘凌霄1，单翔1，朱灵子2，林刚1，朱剑宇1

（1.贵州电网公司贵阳供电局，贵阳550000；2.贵州电网公司电力调度控制中心，贵阳550000）

阐述了某110 kV变电站全站失压过程，结合故障录波装置的波形图和电力系统暂态边界理论，判断出故障类型及保护动作顺序，分析了造成全站失压的原因，提出了解决方案；引入电网风险评估模型，评估此次事件对电网造成的影响，并用总费用法（TOC）估算此次事件带来的经济损失和社会损失。

全站失压；故障类型；电网风险；经济损失

0 引言

变电站全站失压是电力系统中性质较为严重的一种事故。所谓全站失压，是指在电力系统中因故障而导致变电站各电压等级母线电压（不包括站用电）为零。运行经验表明，全站失压不仅会带来大面积停电，更会影响到整个电网潮流与稳定，甚至影响到整个区域经济正常有序的运行。国内外相关学者及技术专家对全站失压问题也已经进行了深入的研究［1-3］。

近年来南方电网公司在各地区开展了电网风险评估工作，对电网供电可靠性提出了更高要求，对电网事故考核更加严格。对各中小地区电网来说，在电网结构尚未完善的情况下，如何避免全站失压事故的发生，提高电网供电可靠性，是一个值得思考和探索的问题［4］。

对某110 kV变电站全站失压事故进行客观叙述，结合故障录波装置的波形图与电力系统暂态边界理论，判断出故障类型及保护动作顺序，提出解决方案。引入电网风险评估模型，评估此次事件对电网造成的影响，并用总费用法估算此次事件带来的经济损失和社会损失。

1 变电站全站失压事件经过

2015-01-21T21∶58∶42，某110 kV变电站10 kV开关室发生一声巨响，随即1号主变10 kV侧低后备复合电压Ⅰ段保护动作（整定值为1.25 s），接着低后备复合电压Ⅱ段保护动作（整定值为1.5 s），低后备复合电压Ⅲ段保护动作（整定值为1.5 s），011断路器跳开。1号主变110 kV侧111断路器由于不满足高压侧复合电压保护启动条件没有动作。由于为永久性故障，短路电流继续存在，且故障范围扩大至主变差动范围内，主变差动保护动作。由于该变电站只有1台主变压器，失去唯一电源点，全站失压。值班员在第一时间赶到10 kV开关室，发现011主变进线间隔的断路器小车柜爆炸，马上汇报调度及相关部门。约2 h后，35 kV侧301、303、305、307间隔实现复电。故障停电涉及的301XXⅠ线、303XXⅡ线、305XXⅢ线，所带负荷大多数为居民及商业负荷，307XXⅣ线所带负荷为贵州省重点工程项目的某高速3个施工标段的施工负荷。经调度估算，停电大约损失负荷350 kW。10kV侧由于011断路器小车发生爆炸，至1月23日12时，10 kV侧才由003间隔XX线倒送10 kVⅠ组母线，实现复电。10 kV停电时间约38 h，损失负荷600 kW左右。

2 全站失压事件分析

2.1 电力系统暂态边界理论

由电力系统暂态边界理论可知，当单相短路接地时，其边界条件为［5］

用对称分量表示为：

式中：Ua1、Ua2、Ua0为U的正序、负序和零序分量；a为运算子；Ia1、Ia2、Ia0为I的正序、负序和零序分量。

同理可得，两相（b、c相）短路边界条件为

两相（b、c相）接地短路边界条件为

2.2 全站失压事件分析

图1为事故现场图，通过现场故障录波装置得知，10 kV侧011小车断路器A相的电流一直在“0”附近震荡，处于正常运行期间，B相和C相的电流一开始均在“0”附近震荡，但在24 ms附近B、C两相同时产生故障电流，在24 ms到100 ms，B相电流Ib与C相电流Ic的向量和一直等于0，结合电力系统暂态边界理论，判定B、C两相发生了相间短路故障。由于10 kV侧011小车断路器处发生的故障在10 kV TA范围外，1号主变差动保护一开始没有动作。短时间后，故障范围扩大至主变差动保护范围内，主变差动保护动作，主变三侧开关111、311、011跳开，失去唯一电源点，造成全站失压。

图1 事故现场

3 电网风险及损失

3.1 电网风险评估

110 kV某变电站经110 kV单线与主网连接，单一主变转供负荷，在正常方式下，本身存在单线送出风险。正常运行方式下，电力系统中任一元件（如线路、发电机、变压器等）无故障或因故障断开，电力系统应能保持稳定运行和正常供电，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内。若单一元件故障跳闸，可能对全站造成较大影响，由于站内没有装设备自投装置，发生事故跳闸时，存在全站失压风险，对地区供电，社会稳定造成严重影响。

此次事件由变电站1号主变10 kV侧011断路器小车的避雷器发生相间短路引发，造成110 kV变电站全站失压，根据《中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程》［6］达到电力安全四级事件风险。

对于单线供电的区域小网，需提前做好单线热稳、单主变过载控制方案、供电负荷转移路径规划及设备日常维护等相关风险防控措施。

3.2 经济效益计算

3.2.1 总拥有费用简介

总拥有费用（TOC）法是建筑电气设计时分析和评价电力设备经济性的方法。TOC法常用于配变初始投资与配变经济使用年限内的电能损耗费用，根据不同型号、不同容量的配电变压器TOC值的计算结果，按综合支出费用最低来选择最优的配电变压器容量和型号。借鉴TOC法的基本思路将此次事故进行分析。用总费用法来评估此次事件，应从设备损失、电量损失和社会损失3个方面来考虑。设备损失主要包括人员维护成本和设备更新升级；电量损失主要考虑电价和售电量；而社会损失主要考虑由于停电带来的社会影响，包括停电对工业、商业和居民用户的负荷损失及电网公司的社会责任等。

3.2.2 TOC法分析

由于35 kV侧的停电大约损失负荷3 000 kW。停电时间为2 h。10 kV侧停电时间约38 h，损失负荷600 kW左右。按照贵州省发改委规定的居民用电电价0.455 6元／kWh、商业用电电价0.908 0元／kWh、工业用电电价0.639 0元／kWh计算，按照35 kV侧工业用电、商业用电、居民用电7∶2∶1的比例，10 kV侧商业用电、居民用电1∶1的比例进行经济分析，计算结果如表1和表2所示。

表1 35kV侧事件经济性分析

表2 10kV侧事件经济性分析

综上，将35 kV损失的收益和10 kV损失的收益求和，得4 046.76+15 545.04=19 591.80元。这仅仅是本次事件的直接经济损失，如果按照1∶10的比例估算社会损失，本次事件的社会损失约为20万元。再加上设备损坏按4万元记及施工费用按1万元记，总费用损失TOC值约为27万元。

3.3 事故原因分析

此次避雷器相间短路造成的停电事件，主要为：该变电站为单线单变的主接线结构，电源形式过于单一，一旦主变进线间隔出现故障，必然导致全站高压部分失电；从电网调度层面分析，调度中心应尽可能做好应急预案，一旦发生类似的事件，提前做好供电负荷转移、路径规划等预案；变电站值班员在运行过程中，应加强巡视，做好巡视记录，降低小动物，特别是山区的老鼠进入开关柜的可能性。设计人员在设计山区变电站时，应考虑天气因素的影响，尽可能降低潮气对变电站运行设备造成的影响。

4 结语

对110 kV某变电站全站失压事件进行全面梳理，针对此次事件暴露出的问题，提出几点建议：在资金充裕的情况下加快电网建设，优化电网结构；对于单线供电的区域小网，需提前做好单线热稳、单主变过载控制方案、供电负荷转移路径规划；在变电站验收及巡视过程中，注意封堵，以尽可能降低在变电站运行过程中有小动物进出开关柜；针对山区变电站潮气较重的情况，设备试验及运行时，应考虑天气影响，在设备选型时应更加慎重；加强设备巡视，针对山区变电站，应特别注意驱鼠器是否正确投入，加热器和抽湿机是否正常运行等。

［1］罗齐亮，汪建伟.一种防止地区电网110 kV变电站失压的零序保护整定方［J］.电力设备，2005，6（4）：71-72.

［2］郭耀珠，石光.一起由于直流保险熔断引起的多座变电站失压事故分析［J］.华中电力，2007，20（4）：62-64.

［3］李波，文婷.断路器拒动引起110 kV变电站失压的事故原因分析［J］.广东电力，2012，25（5）：103-106.

［4］伍红文，梁锦洪，刘荣洲，等.防止双侧电源单回链110 kV变电站失压的技术改造［J］.广西电力，2012，35（2）：29-33.

［5］李光畸.电力系统暂态分析［M］．北京：中国电力出版社，2007.

［6］Q／CSG 210020—2014中国南方电网有限责任公司电力事故事件调查规程［S］.

［7］宋云亭，张东霞，梁才浩，等.南方电网“十一五”城市供电可靠性规划［J］.电网技术，2009，33（8）：48-52.

Mechanism Analysis for the Substation Total Voltage Losing

GAN Lingxiao1，SHAN Xiang1，ZHU Lingzi2，LIN Gang1，ZHU Jianyu1
（1.Guizhou Power Grid Corporation Guiyang Power Supply Bureau，Guiyang 550000，China；2.Guizhou Power Dispatching and Communication Center，Guiyang 550000，China）

The process of one 110 kV substation voltage losing is expounded，and according with the oscillogram of the fault recorder and the power system transient boundary theory，the fault type and the sequence of protection operation are judged out.The reason of voltage losing is analyzed and solution is proposed.In addition，the risk comprehensive evaluation model of the grid is brought in to evaluate the influence on grid，and the socioeconomic loss is estimated with the total cost method（TOC）.

substation total voltage losing；fault type；risk of the grid；economic loss

TM772

B

1007－9904（2016）11－0044－03

2016-05-28

甘凌霄（1987），男，工程师，从事电力系统规划与节能减排工作；

单翔（1989），男，从事电力系统检修与运行工作；

朱灵子（1987），女，工程师，从事为电力系统调度与稳定工作；

林刚（1975），男，技师，从事电力系统检修与运行工作；

朱剑宇（1971），男，高级技师，从事电力系统检修与运行工作。