10kV箱式变电站与杆上变压器故障抢修及地线仿真陈伟坤

10kV箱式变电站与杆上变压器故障抢修及地线仿真陈伟坤

陈伟坤

（广东律诚工程咨询有限公司）

摘要：分析了10kV箱式变电站和杆上变压器常见故障抢修方案，并对不同的抢修方案的实施条件和效果进行对比和讨论。变电站接地网是整个电站安全可靠运行的重要保障。在变电站内发生单相短路接地故障时，短路电流经接地网入地时会引起地电位升高、跨步电压、接触电压以及二次骚扰电压等安全问题，对站内的设备以及工作人员的安全构成威胁。短路电流一般可分为地线分流、变压器中性点回流和入地电流部分，其中入地电流是引发安全问题的主要原因。

关键词：箱式变电站；杆上变压器；故障抢修

引言：随着经济发展和科技进步，生产效率得到迅速提高，变电站的安全、平稳运转对电力体系非常重要；而且与人类的生产活动息息相关。变电站可以管控电压、电流以及其汇集与调度。为保障电力体系的正常运转，也为了保障对电压实施微调以及管控，还应对输配电电路和关键电力设施实施维护。这一系统运行的稳定安全对生产至关重要，而这一保障开始于变电站电气设备的安装流程，抓住要点，确定其安装质量过关并保证其效率是整个问题的重要环节。目前对于分流系数的研究虽有不少成果，但还主要集中在计算机仿真计算和理论模型分析方面，而没有实地测量短路故障电流的分流情况，缺乏足够的现场试验验证。本文实际测量了某变电站内发生人工单相短接地故障时，短路电流的分布情况，并计算得到了分流系数。同时，使用PSCAD软件仿真分析了短路电流分流系数的主要影响因素及影响规律，为如何在接地设计中考虑短路分流系数提供依据。

一、箱式变电站故障抢修方案分析

箱式变压器故障点主要有以下几方面。

1)箱式变电站本体故障的具体情况及其处理措施如下:

(1)故障概况为①箱式变电站发生不可修复性损坏,或需要较长时间、投入大量人力才能恢复的故障;②由于外力破坏造成箱体严重变形等,导致箱式变电站无法正常可靠供电的情况;③箱式变电站内部发生各种紧急故障,在短时间内没办法快速处理的情况。

(2)处理措施为①利用紧急抢修发电车对现场进行临时供电,同时组织人员对设备进行抢修,其效率最高,但噪声比较大,适用于对噪声没有特殊要求的场合;②利用车载移动式箱式变电站临时代替故障箱式变电站进行送电,同时组织人员对设备进行抢修,但应具有与一般箱式变电站相同的接电条件；③对故障设备进行现场抢修,并在不可修复的情况下进行设备的更换，其可作为备用方案。

2)上级电源发生问题导致箱式变电站失电,抢修方案如下:

(1)在其他上级电源站存在备用出线的情况下,把失电的箱式变电站的出线负荷转移到存在备用出线的其他上级电源站里,进行负荷切换。其效率最高,对周边影响也最小,但受电网条件限制较多。

(2)利用紧急抢修发电车对现场进行临时供电,同时组织人员对故障进行抢修。其效率比较高,但由于噪声比较大,适用于对环境噪声没有特殊要求的场合。

(3)利用车载移动式箱式变电站进行临时送电,同时组织人员对故障进行抢修。其适用于周围电网符合接电条件,且对环境噪声有特殊要求的场合。

3)高、低压电缆发生故障。由于高压电缆发生故障的情况与上级电源发生问题是一致的,所以主要对低压出线电缆发生故障的情况进行分析,故障处理方案如下:

(1)当电缆本体发生故障时,①对故障电缆进行现场抢修,其效率最低;②在用户端有备用电源的情况下,使用备用电源,同时对故障电缆进行抢修,其效率最高,但受到电网结构限制比较严重,存在较大局限性;③将故障电缆脱离电气连接,在原送电侧与受电侧间另放新的临时电缆,同时对故障电缆进行抢修;④可在距离用户端附近的其他电源站寻找备用仓位,放临时电缆,同时对故障电缆进行抢修;⑤利用紧急抢修发电车对现场进行临时供电,同时对故障电缆进行抢修,其适用于对噪声没有特殊要求的场合;⑥利用车载移动式箱式变电站临时进行送电,同时对故障电缆进行抢修,其适用于周围电网符合接电条件,且对环境噪声有特殊要求的场合。

(2)箱式变电站内低压开关跳闸导致电缆停电。此类故障大多数是由于开关过负荷或其他电网短时间波动因素造成的,在开关没损坏的情况下将开关复位并再次合上开关就能恢复送电。此类故障本身比较简单,恢复送电速度较快。

(3)用户端发生故障,此类故障由于发生在用户端,不在本文讨论范围内。

二、杆上变压器故障抢修方案分析

杆上变压器与箱式变电站的可能停电原因有很多相似之处,所以只进行简单的分析。

根据2018年全年故障抢修数据统计,在杆上变压器已运到抢修现场后,整个杆上变压器的调换时间平均大约在45min;紧急抢修发电车到达现场后,完成所有接线准备工作到开始发电所需时间平均大约为1h;车载移动式箱式变电站到位后所需送电时间平均大约为2h。因此,在正常情况下认为直接采用调换杆上变压器的永久性抢修方案更有效。但是在特殊情况下(如车辆无法进入抢修现场、无备品等)无法正常开展抢修工作时,应考虑其他方式进行供电。

1)在车辆无法进入抢修现场,杆上变压器的运送和调换工作比较困难,抢修时间势必将延长时,可使用紧急抢修发电车在低压电网其他合适的位置进行临时供电。

2)在无备品可以调换或需要联系厂方所需时间较长,而紧急抢修发电车满功率发电最长持续时间也可能不满足时间需求的情况下,可采用车载移动式箱式变电站进行临时供电。

3)在负荷低谷的特殊情况下,可考虑通过搭通低压分段开关对电网进行供电。

三、地线分流系数影响因素仿真分析

3.1概述

通过对某变电站内发生单相短路接地故障后的电流分布进行实际测量和仿真分析，获得了电流分布情况和地线分流系数。实测结果验证了仿真结果的准确性，证明了模拟计算可用于分析变电站短路电流分流系数。由图1可以看到，在分析短路故障下的分流系数时，产生影响的主要是系统参数，而这些系统参数主要包括故障发生侧、变电站接地电阻、进出线回数以及变压器参数等。文献[22]分析了500kV变电站内短路故障分流系数的主要影响因素和影响规律，并得出了变压器参数对分流系数基本没有影响的结论。下面重点分析故障发生侧、变电站接地电阻及进出线回数对220kV变电站内故障分流系数的影响规律，以供实际工程参考。

3.2仿真模型的参数

考虑到在所有短路故障类型中，单相短路接地故障所占比例最高，也最具代表性，本文将主要分析该故障类型下的分流系数特性。使用PSCAD搭建了变电站内单相短路接地故障仿真计算模型。仿真模型包括以下几个部分：

1）电网。使用理想三相电压源等效，电压等级分别为220和110kV，频率50Hz。

2）输电线路。两侧输电线路长度均为20km，全线架设双避雷线，杆塔接地电阻Rt设为10。

3）变电站。使用变压器和变电站接地电阻Rg进行等效。下面使用该仿真模型，分别分析故障发生侧、变电站接地电阻以及进出线回数等变化时地线分流系数的变化规律。

3.3故障发生侧对分流系数的影响

设变电站接地电阻为0.5，变压器两侧出线均为1回，变压器参数[24]如表4所示，220kV侧中性点接地。分别计算了110kV侧出口母线短路、220kV侧出口母线短路和两侧母线同时短路时的分流系数，结果如表5所示，其中电流值均为峰值。

通过对分流系数影响因素进行仿真分析，主要有以下结论：

1）随着变电站接地电阻的增加，地线分流系数增加；2）固定变电站一侧的出线数，增加另一侧出线数，则地线分流系数将随之减小；3）短路故障位置对分流系数的影响比较小，但对故障电流和地线电流影响较大。可见，只有真正改变接地网和架空地线这2种分流路径的分流能力的参数变化，才能改变分流系数，比如变电站接地电阻和出线数量；而不能产生这种影响的参数，如短路故障位置，虽然改变了系统状态，但对分流系数的影响比较小。

结束语

本文通过对10kV箱式变电站与杆上变压器常见故障类别进行分析,针对各类故障提出了不同的抢修方案,并对提出的抢修方案从实施条件、实施效果等方面进行探讨,希望能在设备抢修时根据具体情况选择最优方案,从而减少故障抢修停电时间,提高供电可靠率。总而言之，变电站设备是变电站运行的基础，设备的好坏关系到变电站是否能正常的电压输人和输出，特别是高压电力的输人，必须通过变电站各种设备的安全运行和相互配合才能够完成高压电伏向低压电伏的转换，而变电站输出的低压电伏才能够让人们正常生活使用，因此变电站设备的安全工作不仅关系到变电站的安全运行，也保障着人们的生命安全。所以一旦发现故障必须及时检查和维修变电站设备，以防出现更加严重的情况，把缺陷消灭在出现的初期，把造成的损失降到最小，为安全生产保驾护航。

参考文献

[1]姚志松.新型配电变压器结构、原理和应用.北京:机械工业出版社,2007.

[2]卢德银.变压器过热故障的诊断与分析处理.供用电,2009.

[3]苏静.变电站电气设备故障的排除方法研究.科技与企业.2013.10.

[4]于广辉.树脂绝缘电气设备故障分析.电世界.2016.12.

[5]王立.探析工厂电气设备故障及其维护.科技经济市场.2016.11.

[6]李姗.电气设备故障问题探讨.科技创新与应用.2017.10.

[7]张鹏.电气设备故障的分析与诊断.建材与装饰.2017.05.