摘要：变电站的交流电源系统负责为站内的消防水泵、主变冷却系统、后台监控系统等多个重要负荷供电，在变电站的安全稳定运行中发挥着重要的作用。交流电源的稳定可靠运行是保证电网安全稳定运行的前提，也为电网的故障快速处理提供了保证。但是在实际中，由于受到系统结构复杂性限制及早期系统设计缺陷，常发生越级跳闸、甚至是全站失压事故，造成了故障范围扩大。本文对目前变电站的380V站用交流电源系统现状和存在问题进行了分析，结合一起220kV变电站全站交流失压故障，提出了一种交流系统改造升级方案，从而解决越级跳闸的问题。
关键词：级差配合；交流失压；闭锁；ATS装置
0 引言
站用交流电源是整个变电站内不间断电源系统、直流系统、通信电源的源头，更担负着站内消防水泵、主变冷却系统、后台监控系统的供电任务。交流电源系统的安全可靠对于整个变电站的稳定运行十分重要。要想保证站内用电负荷稳定运行，首先要保证交流电源的安全可靠。目前变电站的交流系统受系统结构及设备技术限制，供电可靠性较差，难以满足设备运行的要求，因此需要进行升级改造，从而解决目前存在的问题，提高变电站交流系统的可靠性。
1 目前变电站交流系统运行方式及存在问题
目前变电站380V站用交流电源系统普遍采用ATS自动控制开关的供电模式，每个ATS都从两台站用变的低压侧接入两路电源，两路电源通过ATS选择后输出一路供电，利用控制系统实现自动切换和控制模式的转变。两个ATS输出的电源分别为两段母线供电，两段母线在各种运行状态下都相对独立。其切换功能由ATS实现，其进线开关11QF、12QF、21QF、22QF的作用为在负载侧出现故障时进行保护跳闸。交流系统配置图如图1。
图1 交流系统配置图
目前的交流系统没有专门的保护配置，故障隔离主要依靠开关的级差配合及本体的保护功能来实现，而变电站380V交流系统分支多、层级多，网络拓扑结构复杂，负荷种类较多，在实际运行中经常出现当交流馈线支路某个节点发生接地故障时，由于支路开关均不具备接地保护功能，此时需由进线总开关的接地保护功能或站用变零序保护动作实现故障的隔离，导致了故障范围的扩大，即某条支路的故障必须通过整段母线的停电来实现故障的隔离。
2 一起380V站用交流系统失压故障分析
2016年某日，梅州供电局220kV某变电站发生了一起站用交流电源全失事件。
2.1 故障前系统运行状态
220kV某变电站#1、#2站用变及两侧开关正常运行，#1ATS开关在电源1位置，其切换模式为“自动电源1”，即由#1站用变供电，#2ATS开关在电源2位置，其切换模式为“自动电源2”，即由#2站用变供电。#1直流系统的#1交流进行开关及#2交流进线开关均为投入状态，其切换方式为“互投”。站内其余设备运行正常，天气状况良好。交流系统配置图同图1。
2.2 故障过程
经调查事件是由于96P 直流充电屏1的交流配电单元端子排接地引起。故障发生后，96P #1直流充电屏的#1交流进线空开1JK（In=40A），88P 380V交流I段馈线屏的#1直流充电机电源I空开1KK（In=63A）及89P 380V交流I段进线屏的380V I段母线#1站用变进线开关11QF（In=630A）共三级开关均未动作，10：43：01.185 #1站用变保护低零流1时限动作跳开#1站用变变高504开关（故障时零序电流二次值为2.2A，定值为0.49A，2S），380VI段母线失压，#1ATS、#2ATS装置自动切换至#2站用变供电，全站交流系统由#2站变供电，因故障点仍存在，96P #1直流充电屏的#2交流进线空开2JK（In=40A），91P 380V交流II段馈线屏1的#1直流充电机屏电源II空开2KK（In=63A）及90P 380V交流II段进线屏的380V II段母线#2站用变进线开关22QF（In=630A）共三级开关均未动作，最终在10：43：17.881 #2站用变 低零流1时限动作跳开#2站用变变高505开关（故障时零序电流二次值为1.42A，定值为0.49A，2S），导致全站380V系统失压。故障发生时具体动作过程如表1所示。
表1 220kV某变电站380V交流系统失压故障过程
图2 进线开关分励回路
图3 ATS闭锁回路
在此次故障中，当低压配电系统的负载侧故障（直流充电屏1的交流配电单元端子排接地），交流进线开关11QF据动，直接导致变压器前端断路器动作跳闸。另外备自投无闭锁回路，导致故障点不切除的情况下，ATS自动切换到#2站用变供电，扩大了故障范围，导致全站失压。由此可见，目前变电站交流系统任何一条负荷线路的故障都可能导致整段母线失压，供电可靠性较差，无法为变电站提供稳定可靠的工作电源。
3 站用交流系统升级改造
在上述案例中，由于变电站建设时交流系统的要求及设备的技术局限性，站用交流系统没有保护跳进线开关功能，如果低压侧出现故障时，交流屏进线开关拒动，将直接导致变压器前端断路器动作跳闸，另外当低压侧进线开关跳闸时，没有闭锁ATS，导致了在故障点没切除的情况下，启动备自投，扩大了故障范围。针对此次事故，我们对辖区内存在相同问题的变电站站用交流系统进行了升级改造，改造后确保ATS备自投逻辑动作正确，各保护之间动作配合正确。
3.1 增加保护跳进线回路
为了防止故障时交流屏进线开关拒动，导致变压器前端断路器动作跳闸，需通过给进线开关11QF、12QF、21QF、22QF增加分励脱扣器，设计保护跳进线回路，防止越级跳闸，控制回路参考如图2。
3.2 更换进线开关
根据技术文件要求，进线开关11QF、12QF、21QF、22QF需具有长延时反时限+短延时定时限保护，原开关无短延时保护，需要更换。
3.2 升级控制器，实现进线跳闸闭锁ATS
为了避免在负荷侧故障时，故障未切除的情况下，备自投动作而导致事故扩大，需要增加闭锁备自投回路。现通过将进线开关的保护告警接入交流控制器，升级控制器程序，实现进线开关跳闸的同时闭锁ATS装置，从而使ATS装置不会切换动作，有效隔离故障，避免事故扩大。闭锁回路如图3。
4 总结
在变电站安全运行过程中，380V 站用交流电源的供电可靠性是最基本的要求。由于交流系统的结构复杂、分级分层较多，造成开关级差配合难以实现，加上变电站早期建设时系统的要求及设备技术的局限性，跳闸及闭锁回路不够完善，使得故障扩大的情况时有发生，大大降低了供电的可靠性，严重影响了变电站的安全运行。本文对变电站交流现状及一起变电站交流失压故障案例进行了分析，结合本局情况提出了站用交流系统的升级改造方案，改造后确保ATS备自投逻辑动作正确，各保护之间动作配合正确，解决了之前系统存在的不足，提高了站用电源供电可靠性。
参考文献：
[1]谭炯炽，变电站站用交流电源系统设计分析.科技风，2010（）11：231
[2]周茜，一种变电站站用交流电源系统的改进方法.广东科技2014.5（10）：75-76
论文作者:张亚娟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/4/22
标签：变电站论文; 故障论文; 系统论文; 动作论文; 回路论文; 母线论文; 交流电源论文; 《电力设备》2018年第31期论文;