500kV变电站事故及异常处理的体会与探讨

发布时间：2007年01月17日
作者：王锡生
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1 引言

　　500 kV斗山变电站于1988年11月建成投运。现有500 kV超高压线路5回，220 kV线路10回。主变容量1 000 MVA。截止1999年底，共发生500 kV线路故障27次，开关跳闸40台次；220 kV线路故障8次，开关跳闸12台次；系统或设备异常及其它原因造成非故障跳闸11台次；发现或发生严重设备异常和重大设备缺陷24次。其发生概率之高，数量之大远出乎大多数人的意料，与220 kV变电站相比更有发生率高、故障形态复杂、处理难度大等显著特点。

　　因此，对大量事故及异常处理的实例进行研究、概括和总结，探索具有普遍意义的、规律性的东西，对于不断提高变电站运行人员事故及异常处理的能力和水平，提高变电站乃至电网的安全运行水平具有重要和现实的意义。

2 复杂故障形态的分析和判断

　　现代化大电网的运行特点对事故及异常处理的快速性、准确性有着日益提高的要求，需要变电站运行人员在事故处理过程中及时地向电网调度中心提供准确可靠的故障情报和其它相关信息，以便调度人员正确决策和指挥。建站初期大多从220 kV变电站过来的值班员往往习惯于靠中央信号及保护掉牌信号对故障作出判断，而传统的光字信号和掉牌信号只能反映继电保护及自动装置动作的最终结果，难以反映其动作过程，面对500 kV系统故障的复杂性，某些情况下难以作出准确全面的分析和判断，有时甚至会造成误判断而影响电网调度人员的决策和指挥。　　1989年1月6日23:28，我站500 kV江斗线5051、5052开关跳闸，重合闸不成功，光字信号及掉牌单元反映为第一、第二套高频距离及后备距离同时动作，A相、B相启动。值班人员据此判断为相间故障，但重合闸动作的信号却令值班员颇感疑惑，判为重合闸误动又觉依据不足。后对故障录波器的打印信息进行判读发现：江斗线先是发生A相接地故障，保护A相启动，55 ms后5051、5052开关跳闸，800 ms后5051开关A相重合，重合后140 ms又发生B相故障，保护B相启动。此时由于重合闸动作后尚未返回便三相跳闸，实际上是间隔时间很短的两次不同相单相故障。

　　由此可见，故障录波图及SCADA系统的事件记录的判读，对于事故处理过程中的分析判断是极其重要的。结合光字和保护掉牌信号，能立体地反映一个故障的发展过程和保护的动作行为与结果，从而使现场值班人员能准确判断故障的性质与形态。因此，训练、提高运行人员判读故障录波图及SCADA系统的事件记录的能力，是500 kV变电站培训工作的重要一环。

3 特殊结线下的故障判别

　　500 kV变电站一般都装有多组低压电抗器，用于无功补偿和系统调压。为满足电抗器频繁投切的运行要求，通常采用图1所示结线方式，即开关装于电抗器的中心点一侧，使其仅用于切合负荷电流而不参与故障电流的开断。这种结线方式在以往的220 kV及以下变电站是极其罕见的，运行中如发生单相接地故障时会因接地部位的不同而出现不同的现象和反映，有时甚至令运行人员一下子反应不过来而束手无策。

　　1990年7月17日15:22，2号主变复役，在合上3520开关向低抗充电时发现低抗回路有接地现象。中心点偏移保护动作，电压表指示为典型的不接地系统单相接地现象，即一相为零，两相升高，值班人员现场巡查未发现接地点。经投入低抗再逐一拉开，在拉合低抗开关过程中观察接地信号与现象的变化来寻找故障点。当投至2号低抗时发现接地现象消失，再将2号低抗322开关拉开，接地现象重又出现。后经站里技术人员分析，确定2号低抗322开关低抗一侧内部有接地故障，并由随后的检修中得以证实。

图1 500kV变电站低压电抗器结线方式

　　低抗开关分开情况下，低抗无负荷电流流过，电抗器相当于一段导线，其末端电压、首端电压和电抗器母线电压相等。此时如M点接地则破坏了三相的平衡关系反映为单相接地。若低抗开关合上则低抗有负荷电流流过，其工作电压反映为低抗上的压降。低抗末端电压即为中心点电压。此时如M点接地则等效于强迫电抗器中心点接地，其三相的平衡关系未遭破坏，使接地检测装置难以反映。

　　由此可见，熟悉和了解各种特殊结线下的故障形态和症状是提高运行人员事故应对能力的重要方面。

4 500kV电容式电压互感器故障诊断

　　500 kV电容式电压互感器(简称C.V.T)，是刚开始应用的高新技术产品，运行经验十分匮乏。运行人员对其运行特点、异常形态、故障特性及处理等问题的认识几乎是一个空白。十多年来，华东电网曾发生过多次C.V.T故障，给系统运行带来一定影响，同时也使运行值班人员积累了丰富的运行经验。

　　1999年2月13日0:00左右，值班人员发现500 kVⅠ、Ⅱ段母线电压指示值出现差异，分别为511、516 kV。后来这种差异已扩大至512 kV和531 kV，值班人员对该C.V.T进行了外观检查，未发现问题。为排除测量装置误指示，用万用表对500 kVⅡ段母线C.V.T次级输出电压进行测量并与500 kV线路C.V.T二次电压进行比较，确认500 kVⅡ段母线C.V.T二次电压异常升高。根据测试结果判定500 kVⅡ段母线C.V.T内部故障，同时进一步检查发现该C.V.T第2节上部有绝缘油渗出，局部电容击穿。

　　从这次C.V.T故障以及其它兄弟变电站多次C.V.T故障中发现，二次电压异常升降是C.V.T故障的一个最主要的特征。由C.V.T的工作原理可知，其等效电路是一个由电容C1和C2组成的电容式分压器(如图2所示)。其中，C1是由多个电容串联而成的等值电容。

　　由此可见，无论是C1中某些串联电容击穿使C1电容值增大还是C2漏油使介质常数变小容抗增大，甚至中间变压器原方匝间短路都有可能使U2异常升高。反之，如果C1部分电容漏油使容抗增大的话，则有可能引起U2异常降低。因此，一旦发现C.V.T异常，通过密切监视其二次电压的变化情况来进行判断和评估不失为一个简单易行的好办法。平时我们还可以在站内自动化系统将几台C.V.T的电压曲线置于一个坐标系中，以实现对C.V.T工况的在线监测。

5 500kV氧化锌避雷器的监测与故障判别

　　在500 kV设备运行中，氧化锌避雷器的好坏对500 kV线路或元件的运行具有重要影响，它不象主变或开关等设备拥有相对完善的监视与测控回路，唯一的检测装置是泄漏电流表，唯一的检查手段是看、听等感官检查。因此运行中对它的检查与监视以及发现、捕捉其不正常工况和异常症状具有较高的难度。而且，一旦发现异常，对其进行近距离观测或检查甚至还需承担一定的风险。

　　多年来，我们坚持每天抄录避雷器的泄漏电流值，通过对这些数据的分析发现，避雷器泄漏电流含有3个分量：一是避雷器的电容电流，这部分电流恒定不变；二是磁绝缘表面泄漏电流，这部分电流随天气的变化而变化；三是避雷器阀片的泄漏电流，这部分电流是对避雷器进行监测的重要物理量。正常时阀片电阻工作于其电压/电流特征的线性段，电流随系统电压的变化呈小幅度波动。因此，在天气情况良好，系统电压相对稳定的情况下，可以认为泄漏电流的变化量就是避雷器阀片的泄漏电流的变化量，这样可以简化判定避雷器异常的泄漏电流值，提高发现异常的灵敏度。

　　据此，曾成功地预警了一次500 kV避雷器故障，避免了一次避雷器爆炸的重大设备事故。

　　1996年7月29日10:00左右，值班人员在巡视中发现瓶斗5905线B相避雷器泄漏电流达3.7 mA，虽未达到生技部门下达的5 mA的监视值，但通过与邻相的横向比较和核对历史数据的纵向比较，认为该数值明显偏高，便果断起动异常处理程序，对该避雷器与其泄漏电流表进行时间间隔为20 min的连续观测，进一步发现泄漏电流表有瞬间晃动的新情况，于是当天就将瓶斗5905线停役。后经检查发现，该避雷器顶盖压板断裂，内部受潮积水约2 000 ml。与其它500 kV变电站避雷器泄漏电流达5 mA以上才发现问题相比，明显加大了故障发现的提前度，为调度员从容安排系统运行方式争取了时间。

　　变电站突发事故及异常情况下的应变能力、分析判断能力，是运行人员最重要的技术素质之一，也是体现运行人员业务水平的重要标志。