变电站低压交流系统ATS常见故障处理

变电站低压交流系统ATS常见故障处理

王晓冬

（国网江西省电力有限公司吉安供电分公司江西吉安343000）

摘要：变电站站用交流电源系统(以下简称站用交流系统)由站用变压器电源、站用变压器、380V低压配电屏、保护测控、交流供电网络等组成，其目的是给变电站提供可靠的交流电源。目前，站用交流系统一般采用1台或2台站用变压器，由变电站35kV或10kV母线引接电源，其二次侧采用380/220V中性点直接接地的三相四线制方式。该系统为主变压器提供冷却电源、消防水喷淋电源，为断路器提供储能电源，为隔离开关提供操作电源，为直流系统硅整流装置提供变换用电源，还为变电站内的照明、生活用电以及检修等提供电源，是保障变电站安全可靠运行的一个重要环节，一旦出现问题，将直接或间接影响变电站的安全可靠运行，严重时甚至会扩大事故影响范围，造成故障停电，后果相当严重。因此，必须重视站用交流系统的安全运行，熟悉系统及其运行操作。

关键词：站用交流系统;电压差;ATS;环路电流;非同期

1事故经过

某日，110kV某变电站因运行人员操作不当，将站用交流系统变比不同的两路输入电源强行并列，致使多个交流馈线空开跳闸，站内交流负荷失电，并造成了多条交流电缆绝缘损坏。该变电站一次接线如图1所示。

图1110kV某变电站一次接线示意图

1.1故障前运行方式

某变电站有1台110/35/10kV的三卷变压器，采用Y/Y/△-11接线方式，即110kV侧和35kV侧为Y型接线，10kV侧为△型接线。站用交流系统由2路电源组成，2台站用变压器分别接在35kV、10kV母线上，其中#1交流电源接10kV/380V的#1站用变压器，#2交流电源接35kV/380V的#2站用变压器。

站用交流系统故障前运行方式如图2所示，11QS、12QS、21QS和22QS均是闭合的，2台自动转换开关控制器均运行在“方式一”(#1电源为主供电源，#2电源为备用电源)，#1交流屏QF1和#2交流屏馈线开关QF2均为闭合状态(QF1、QF2分别为110kV场地I、II路交流电源馈线空气开关，这2个空开连接同一条交流馈线电缆，供110kV高压场地交流负荷环路供电)。

图2站用交流系统故障前运行方式示意图

1.2故障发生经过

当日15:10左右，某变电站运行人员配合交流厂家人员对站用交流系统备自投进行检查，对交流电源进行切换试验操作，断开了#2充电屏#1进线电源保险21QS(模拟#1站用变断电)，此时站用交流系统ATS自动将#2交流屏转由#2站用变压器供电(如图3所示)，#1电源和#2电源发生了强行并列的情况。

图3交流系统故障时电源环路示意图

2故障原因分析

2.1站用变压器电压差计算

在仅考虑主变接线组别因素的情况下，某变电站35kV侧和10kV侧同相电压之间存在30°的相位差。#1、#2站用变压器均为Yyn0接线方式，即站用变压器高、低压侧同相电压相位相同，则#1、#2站用变压器低压侧(380V)同相电压同样也存在30°的相位差。根据变压器并列运行条件，当接线组别不同时，并列变压器的二次绕组间将出现电压差，并在变压器二次侧内部产生循环电流。

该起事故中，站用交流系统2路电源的电压幅值相等，以单相进行计算，相电压为220V，则电压差为:

2.2空气开关动作分析

根据变电站电缆清册核查，该交流电缆长度约为200m，截面为6mm2，根据《电工速查手册》，纯铜电缆电阻率为18.5Ω•mm2/km，则其每根电缆芯的阻值为:

根据欧姆定律可计算出站用交流系统一相环路电流为:

某变电站交流屏所有馈线空气开关均为ABB生产，其中QF1、QF2型号为S262-C63，额定电流为63A，由脱扣特性(见表1)可知C类空气开关的瞬时脱扣电流是5~10In。

根据计算结果可知，故障开始时，站用交流系统同相间环路电流并未达到空气开关快速脱扣电流值(环流I=184A<5In)，交流空气开关不能瞬时脱扣。根据现场运行人员反映，切换试验操作结束后大约20min，馈线开关QF1、QF2才跳开，应为热脱扣。此时，长时间的大电流已使得交流电缆的绝缘严重损坏。

2.3自动转换开关(ATS)介绍

站用交流系统的首要任务是保证安全可靠而不间断地供电，当1台站用变压器电源失去时，应有1个备用电源能立即替代工作，因此变电站的站用交流电源应至少取用2路电源，配备2台站用变压器。

根据IEC国际标准定义，自动转换开关(简称ATS)是由一个或几个转换开关电器和其它必需的电器组成，用于监测电源电路，并将一个或几个负载电路从一路电源自动转换至另一路电源的电器。ATS的操作程序由两个自动转换过程组成:当监测到主供电源偏离预设的正常范围时，自动将负载从主供电源转换至备用电源;当主供电源恢复正常时，自动将负载转换切回到由主供电源供电。ATS转换时可以有预定的延时或无延时，并可设置自动切换功能退出，即手动切换状态。

表1ABB%C型空气开关脱扣特性

3处理措施

110kV某变电站交流系统故障原因首先源于交流系统运行方式的设置不正确。运行人员在不了解运行方式的情况下，盲目进行交流备自投的切换试验，导致自动转换开关动作造成2台站用变压器低压侧非同期合环。

图4站用交流系统正确运行方式示意图

按110kV某变电站交流系统的实际情况，在未达到运行年限无法安排技改更换的情况下，只能在运行方面严格管理，重新审核变电站的二次规程及其相应的操作典票，并在交流屏站用变压器切换装置控制器和馈线空气开关上贴上相应的警示标识，禁止采用环路供电方式的2路空气开关同时在2个交流屏投入，正确运行方式如图4所示。与此同时，在进行站用交流自动转换开关的切换试验时，必须首先确认环路供电的空气开关没有同时投入，以防止交流系统环路运行，造成类似事故的发生。

4结束语

由该起站用交流系统事故可以看出，两段母线电压不同期合环将会出现很大的合环电流，若空气开关不能及时跳开将会引起严重事故，不但损坏电缆等设施，破坏设备绝缘，严重情况下电压差远超系统绝缘水平，合环电流超过空气开关分断能力致使电弧不能熄灭，甚至有烧坏站用变压器，造成火灾的危险。因此，当主供电源和备用电源来自不同站用变压器时，要谨慎使用自动切换装置。当存在以下情况时，禁止使用自动切换开关。

(1)2台站用变压器高压侧母线接线组别不同。

(2)2台站用变压器参数或接线组别不同。

(3)2台站用变压器低压侧额定电压不同。

(4)交流系统低压侧接线相序不同。

(5)2台站用变压器供电电源来自不同电源系统(如一路源自本站，另一路来自站外电源)。

总而言之，凡是变电站交流系统主供电源和备用电源存在电压偏差的，都应将站用变压器切换装置控制器设置为手动状态，禁止自动切换，防止备用电源站用变压器运行供电时主电源站用变压器来电自动进行切换，造成交流系统主备电源非同期合环。同时，变电站在进行站用变压器切换操作前，必须先断开站内交流用电负荷，条件允许的情况下最好断开供电运行的站用变压器低压侧开关，然后进行手动切换。与此类似，对于新安装交流屏或更换站用变压器低压电缆等工作有可能引起切换开关两电源侧相位变化的，在未进行相量检查前，也应将切换开关控制器设置为手动状态并禁止切换，以防止相位不对应导致环路电流。此外，考虑到站用交流系统可能存在不同期合环的风险，其设备绝缘、开关灭弧、屏柜防火还应该以更加严格的标准来考虑。

参考文献

[1]王斌，马锋娟.110kV变电站交流屏着火事故分析及防范对策[J].烟台职业学院学报，2007(4):87~89.

[2]DL/T5155—2002220~500kV变电所所用电设计技术规程[S].