110kV变电站交流失压造成保护-远动等直流设备无法工作

110kV变电站交流失压造成保护、远动等直流设备无法工作一、故障概况
1．故障设备基本情况
直流充电屏：美国爱默生电气公司，2004年12月投产；
蓄电池组：GFM-300E/54只/300Ah，浙江南都电源动力股份有限公司，其中2009年12月蓄电池进行整组更换；
光电转换器：NSC60E，南京中德公司；
后台监控装置：南京中德公司
2. 故障前运行方式
直流充电装置带全站Ⅰ、Ⅱ段直流负荷，异常发生前，交直流系统运行正常，其中2号站用变压器运行、1号站用变压器备用（7月26日切换试验），400V 交流母线无分段。

充电模块型号：HD11020-2，共3块，其中2块接到合闸母线，1块接到控制母线；系统设置均充电压为127V，浮充电压为121V。

充电机有两路交流输入，互为闭锁。

如图1-1。

交流电源切换装
图1-1 充电机交流输入控制回路
3．故障过程描述
8月29日0：39左右，局调控中心主站告知运维班“110kV新区变电站通信中断（现场通信模块故障）”，需派人现场值守。

1：00左右运维班人员到达新
区变电站，发现全站直流已失去（保护屏黑屏），据值班员回忆当时蓄电池电压监测装置上显示蓄电池组电压42V左右（正常为110V，实际系统显示在0：37最低电压为72.97V左右），经与检修人员联系检查发现站用交流配电屏上两路“直流充电装置交流”断路器已跳开，试合后恢复直流系统正常供电。

二、故障情况检查
2012年8月29日1时05分状态检修组接到区调通知：新区变电站保护通信中断，保护装置一片黑屏，直流系统异常。

检修人员去变电站途中，电话联系现场运维班人员检查直流设备情况后恢复直流充电系统。

检修人员到达现场试验发现直流就地告警信号正常，但无法上传远方，经检查发现直流系统光电转换器黑糊，有异常焦糊味，打开发现内部电路板击穿。

更换直流系统光电转换器后，直流系统与后台通信恢复正常，直流系统检查无异常。

三、故障原因分析
1.故障原因分析
（1）就地后台监控显示：
2012/08/28 00:51:16.200直流屏通信中断停运（为远动不上传信号）。

（2）直流屏监控装置显示：
8月28日0：39：23 起始充电屏1输入1V缺相
8月28日0：39：28 结束充电屏1输入1V缺相
8月28日0：39：23 起始充电屏1输入1W缺相
8月28日0：39：28 结束充电屏1输入1W缺相
8月29日2：20：08 起始充电屏输入2停电
8月29日2：22：20 结束充电屏输入2停电
8月29日2：20：08 起始充电屏输入1停电
8月29日2：22：28 结束充电屏输入1停电
（3）原因分析
1）报警信号分析
经核实后台监控与直流装置时差在12分钟，直流屏内光电转换器电源接于交流输入切换后电源C相。

如图3-1。

图3-1 光电转换器接线图
经分析1号充电屏交流输入1 BC相断线，是由于“直流充电装置交流1”断路器跳闸三相不同时，并且直流屏监控装置采样时差造成，现场检查未发现BC相断线的地方。

充电屏交流输入1、2停电显示信号系值班员到现场处理异常拉合充电屏交流断路器所致。

2）蓄电池容量分析
在8月28日0：51左右（与系统显示基本一致），光电转换器内部故障造成电源C相接地，站用交流屏上“直流充电装置交流输入1”断路器跳闸，直流屏交流输入2自动切换，但由于短路故障未消除，造成交流屏直流输入2断路器跳闸，直流屏失去交流输入电源（充电屏上交流输入断路器未跳，上下两级断路器级差配置均为C32A）。

由蓄电池组自身容量放电供全站直流负载（保护、自动化、通讯等直流负载，直流负荷为7.1A）,图3-3为交流失电后蓄电池放电24h曲线。

根据系统监测直到29日0：39左右，电池已放电近24h，随着蓄电池容量的减少蓄电池端电压逐步下降至80％以下即85V左右（保护装置最低动作电压88V 以下），引起全站保护及自动化装置电源异常，此时直流全停并发出全站通信中断等告警信息。

其中蓄电池组放电时间理论计算为：
T=C/Ij*50%=300/7.1*50％=21h
T—放电时间
C---蓄电池容量
Ij—放电电流（直流负荷电流）
图3-2 8月28日0:00－24:00新区变蓄电池端电压放电情况3）光电转换器故障分析
由于光电转换器故障造成所内经规约转换的直流故障等信号不能正常上传，从28日0：51后至29日0：30期间监控后台未收到直流屏交流输入异常或直流屏通信中断等任何信息。

本次直流屏光电转换器内部短路故障引起交流输入跳闸断电，上传信号中断造成蓄电池长时间未能充电是本次直流系统故障的主要原因。

而引起直流屏交流输入跳闸断电原因可能是直流屏内光电转换器电源受母线电压频繁波动冲击（从谐波图分析当时10kV Ⅱ段电压三相不平衡较严重，而当日交流电源接在2号站用变压器运行）造成装置内部电源短路引起交流输入跳闸，自动切换不成功，跳开另一路站用屏上直流充电交流断路器引起（经对已拆回损坏的光电转换器进行解剖分析，发现装置电源板内部短路烧毁，电源线已烧断）。

图3-3 光电转换器
四、故障处理及防范措施
（1）直流系统建议增加硬接点告警信号。

其中硬结点接入方式，遥信数量在7-8左右，硬结点接入站内测控装置；规约接入方式（软报文）遥信上传数量在20-40不等，根据各个直流厂家规约信息表确定上传告警信息。

09年10月与自动化专业协商，鉴于有些老变电站增加硬结点条件不允许，测控装置开入量有限需要增加装置，且图纸修改工作量很大，要求统一改为串口规约方式接入。

由于串口规约方式接入稳定性不高，受外界干扰较大，建议今后考虑增加硬点告警如“直流母线电压过高或过低、直流母线接地、充电装置故障、直流绝缘监测装置故障，蓄电池熔断器熔断、断路器脱扣、交流电源电压异常”等重要直流信号。

（2）光电转换器电源需与充电屏交流输入电源分开，建议单独引入电源或增加交流空气开关，防止交流输入电源的切换引起光电转换器电源的重启冲击。

（3）新区变电站蓄电池组由于事故放电时间较长，单体电压下降较多，容量已放出近90％，建议状态检修组近期安排做一次蓄电池容量试验。

（4）本次新区变电站直流异常事件虽未造成断路器跳闸事故，但要引起高度重视，要开展110kV及以上变电站交直流电源专项检查，重点对直流告警信号、空开级差配置、蓄电池组运行状况、交流失去异常处理等方面进行重点排查，对发现的问题并落实整改。