深圳供电局有限公司
摘要：某变电站对站内主变进行正常消防水喷雾试验时引起两台站用变跳闸的事件。本文收集了事件当天的电气接线、消防设备特点、电源控制装置投入状态、保护动作情况等资料，通过对整个事件过程的逐步分析找出了导致两台站用变全跳的原因。其次，本文对该事件暴露出的站用电容量选择、空气开关级联配合、水喷雾试验现场注意事项等问题进行了逐一分析并提出了相关改进建议。最后，本文基于现有技术条件，重点探讨了彻底解决引发本次事件整改措施——加装电机软启动装置的优点及可行性。
关键词：消防系统、水喷雾试验、站用变、软启动装置。
【前言】目前各变电站大多在主变间隔安装消防水喷雾系统，该系统需要结合停电机会定期开展水喷雾试验。然而当进行正常水喷雾试验时，偶尔也会出现站用变跳闸事件。为此基于一次类似事件，本文进行了研究探索，旨在找到消防水喷雾造成站用电跳闸原因，并探索解决方案。
一、事件简述
201X年X月X日，深圳供电局有限公司所辖的某220kVXX变电站#2主变计划停电，执行相关保护定检、一次设备维护及消防水喷雾试验工作。16时20分，其他专业班组工作结束，运行人员按计划执行#2主变本体消防水喷雾系统试验工作。在试验过程中，当执行“消防烟感启动水喷雾系统”项目时，消防水泵电动机启动后，站用变过流II段保护动作跳开了#2站用变变高开关。消防双电源控制器动作，将消防水泵电源切换至#1进线，随即站用变过流II段保护动作跳开了#1站用变变高开关。
二、事件过程分析
10kV站用电系统与消防水泵380V交流系统电气连接图如下：
㈠站用变跳闸事件前现场运行方式说明
1．站用变380V变低开关1QF与4QF在合位，2QF与3QF在分位，即#1站用变供380V1M，#2站用变供380V2M。分段开关分位，且380V备自投功能退出；
2．消防水泵使用的380V #1电源空开及#2电源两路馈线空气开关均在投入状态；
3．水泵房380V交流进线方式为：#2进线供电，#1进线备用，消防水泵房内的消防电源控制屏双电源自动转换开关控制器“自投自复+自动控制”功能投入，即#1、#2进线电源互为备用。
㈡检查处理情况
1．现场开关动作记录情况为
根据相关班组对保护采样波形分析得出：由于电机启动电流过大，达到10kV站用变变高保护装置整定定值，因此站用变过流II段保护动作跳开站用变变高开关，从上述保护动作时间也可以得出结论。另外，#1站用变变高开关较之#2站用变变高开关，延迟动作13s左右，此时间主要为水泵房380V交流双电源自动转换开关控制器动作时间+转换开关动作时间+电机启动至保护动作时间。
3．处理结果
由于执行消防水喷雾试验时发生跳闸事件，现场运行人员很快判断出跳闸原因并迅速停止水喷雾试验。检查设备无异常后，运行人员建议当值调度试送#1、#2两台站用变变高开关，经试送成功后站内电源得到恢复。整个事件反应迅速、故障点判断正确、处理方式得当。
㈢跳闸过程分析
根据上装置动作要求，跳开#2站用变变高开关（保护动作记录时间：16：27：29：671）。此时，水泵房380V双电源进线屏#2电源进线失压。由于消防电源控制屏双电源自动转换开关控制器“自投自复+自动控制”功能投入，#2进线失压后双电源自动转换开关控制器动作，自动转换开关切换至#1进线。控制器动作、转换开关转换及转换至#1电源进线过程中，水泵电动机失压再启动，启动电流再次达到#1站用变变高保护动作要求，跳开#1站用变变高开关（保护动作记录时间：16：27：42：653），造成两台站用变变高相继跳闸。
三、事件暴露问题分析
㈠站用变容量选择
经核对现场铭牌，该站两台消防水泵额定功率为110KW，额定电流为166A。该站按照设计方案安装有容量为315KW的站用变，其高压侧接有零序CT并接入站用电保护，低压侧装有中性点零序CT并接入站用电保护。
按照异步电动机电气特性，其启动电流约为额定电流的4至7倍，且启动持续时间较长。目前水喷雾系统水泵电动机启动电流与站用变变高保护装置定值整定不匹配，导致正常水喷雾试验时保护跳闸。根据变电站站用交流电源系统相关技术规范，站用变的容量选择需根据变电站计算负荷水平而定，计算负荷必须考虑消防水泵。若站用变容量不远大于消防水泵功率，则依据南方电网整定计算技术规程，按躲开站用变最大负荷电流整定的站用变高压侧过流保护无法从定值或时间上躲过消防水泵启动电流。
㈡开关或空开级联配合
现场站用电系统级联关系为ST1变高开关→变低1QF→#1电源空开→消防水泵电机；ST2变高开关→变低4QF→#2电源空开→消防水泵电机。事故中未跳开变低1QF、4QF开关及馈线电源空开，直接跳开变高开关。
㈢水喷雾试验环节
由于正常状态下消防系统电源采用“自投自复+自动控制”方式运行，若一条站用变的供电支路失电，则自动切换至另一台站用电的供电支路失电。在本事件中，消防水泵连续启动2次，分别跳开两台站用变变高开关。由于该站在之前未发生过因水喷雾试验引起的跳闸事件，因此在进行试验前未退出进线双电源自投自复功能。
四、建议整改措施
㈠消防水泵启动回路设计及其使用管理
若变电站内存在多台消防水泵，则在其自动启动回路的设计上和使用消防水泵时应尽量避免同时启动多台消防水泵。两台消防水泵启动的相隔时间不宜低于30秒，进而避免造成因启动电流过大导致站用变过流保护跳闸。
㈡选择大容量站用电
根据统计，上述该站所属变电管理所管辖范围内共有212台消防水泵电机，其中额定功率多为30KW、55KW、75KW三种类型（占总数的71.7%）。所辖站内站用变额定工程多为200KW至315KW几种类型，站用变容量并非远大于消防水泵功率。因此应该在设计时考虑选用大容量站用变让高压侧过流保护整定值躲过消防水泵启动电流。
㈢优化开关或空开级联配合策略
一方面建议对变低开关1QF、2QF、3QF、4QF进行整改或更换，以满足级联配合上保护整定要求。另一方面，对消防水泵电源馈线空气开关采用专供电动机启动用空气开关，保证其灵敏度。
㈣增加现场操作注意事项
在上述情况都未能及时变更的情况下，为避免两台站用变同时跳闸，可以在进行消防水喷雾试验时，注意以下几点：
1．试验水喷雾系统前，在380V交流馈线屏，退出水泵电动机备用进线电源空开，试验结束后恢复；
2．变电站现场人员人工手动启动消防水泵试验之前，水泵房380V双电源进线屏，退出进线双电源自动转换开关控制器自动控制功能，将消防水泵电源切换把手置“手动”位置。在消防水喷雾试验结束后恢复正常状态。
3．水喷雾系统正常运行时，为保证水泵电动机进线电源充足，投入双电源自动转换开关控制器自动控制功能。
五、电机软启动装置
㈠电机软启动装置概念
从实施技术改造难度及改造投资角度衡量，变更消防泵启动回路及改装大容量变压器的整改措施相对较为困难，投资金额也相对较大。由于消防水泵电机为交流异步电机，在全压状态下直接启动时，启动电流会达到额定电流的4至7倍，除可能引起站用变开关跳闸现象外，可能该启动电流会引起380V站用电系统电压的波动，进而影响同电网其它设备的正常运行。
因此，为彻底解决消防水泵启动电流过大造成站用变跳闸，可考虑在消防水泵电机与进线电源之间加装软启动装置。软启动装置主要是三相反并联晶闸管及其电子控制电路，其主要功能为控制电机端电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩，而是平滑的启动运行。
㈡软启动装置优势
1．软启动时，启动电流一般为额定电流的2至3倍，电网电压波动率一般在10%以内，对其它设备的影响非常小。
2．软启动装置在启动电机时，通过逐步增大晶闸管的导通角，使电机启动电流从零值逐步上升至设定值。整体而言对交流电机无冲击，启动平稳的同时也减少了对负载机械的冲击转矩，进而延长了机器的使用寿命。相对的，软启动装置在电机停机过程中，也可以起到平滑减速、逐渐停机的作用。
3．软启动时，最大电流降低一半左右，根据电机发热与承担电流的关系：P=I2R，交流电机安装软启动装置后在瞬间的发热量仅为全压启动的1/4左右，其绝缘寿命会大大延长。
4．从现场可操作性及经济性角度考虑，安装软启动装置的改造难度要比更换大容量变压器方便许多，加装后的购置维护成本也较为出色。
结束语
综上所述，对于使用较小容量站用变的变电站，其进行消防水喷雾试验时，有一定的因消防水泵电机启动电流过大而导致站用电跳闸的风险。对于此种情况，应在进行水喷雾试验前注意把控好安全措施，避免单台站用电失压后双电源自投装置启动而扩大跳闸范围。另外，在条件满足的情况下，考虑采用更换大容量变压器或安装电机软启动装置的方式进行整改，彻底杜绝安全隐患。
【致谢】深圳供电局有限公司技能专家刘挺、变电管理二所运行部主管戴昊对本文的修改提供了宝贵意见，谨此致谢。
参考文献
《深圳供电局站用电交流系统整改工作会议纪要》（深供电运部纪要〔201X〕5号）
《电动机软启动实用技术》（刘利、王栋 主编，中国电力出版社）
论文作者:林懿
论文发表刊物:《电力技术》2016年第11期
论文发表时间:2017/3/2
标签：水泵论文; 电机论文; 电流论文; 电源论文; 转换开关论文; 动作论文; 装置论文; 《电力技术》2016年第11期论文;