蔡勍聪

摘要：阐述了假设多台电动机（包括多台主变冷却器启动，开关电动机打压，消防泵）同时启动会否引发站用变跳闸导致其中一台站用电失电的事故，现结合某500kV变电站的运行方式、设备资料和计算分析多台电动机在同时启动会否造成站用变跳闸的安全隐患，并讨论了消除安全隐患的措施。

Abstract： It states the assumption whether it will cause station transformer trip leading to power loss of a station transformer if multiple motors （including multiple main transformer coolers， switching motor pressure， fire pump） start at the same time. Now combined with the operation mode， equipment data and calculation of a 500kV substation， this paper analyzes whether the multiple motors starting at the same time will cause the safety hazard of the station to trip， and discuss the measures to eliminate the safety hazards.

關键词：变电站;消防;水喷雾;站用变

Key words： substation;fire protection;water spray;station transformer

中图分类号：TM411+.4                                  文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）27-0050-02

0  引言

据悉某局在进行主变消防水喷雾试验时，多座220kV和110kV变电站发生了站用变跳闸事件。据分析是在消防水泵启动时，也就是电动机在启动过程中导致站用变误跳闸的事件。以某500kV变电站为例，若多台电动机同时启动是否也会出现同样事件，对于安全稳定运行，我们有必要对现有变电站进行深入分析计算，若出现可能导致站用变误跳闸的可能并采取适当的防范措施。本文对某500kV变电站水喷雾试验，同时冷却器启动，运行方式负荷最大化和设备资料进行了深入分析，计算了电流大小，分析站用变保护定值单，分析了引发跳闸的可能性和事故产生的安全隐患，并讨论了消除安全隐患的措施。

1  指定运行条件

1.1 当前运行方式

某500kV变电站进行#2主变停电检修工作，#2主变三侧5021、5022、2202、302开关在分闸位置，#2站用变转检修;35kVⅠ-Ⅱ母联500开关在分闸位置，#1主变和#1站用变正常运行，380V母联400开关在合闸位置，站用电负荷由#1站用变供给，消防水喷雾控制与动力电源由380VⅠ、Ⅱ电源在水喷雾柜经双路切换后供给，主变冷却器经双路切换后供给运行方式示意图如图1。

1.2 假设事件过程

由于#2主变停运，靠#1、#3、#4主变运行，负荷分配随着上升，同时启动了#1、#4主变（分相主变）共18台风扇，#3主变（分相主变）启动#1油泵，共3台油泵，正好#2主变消防水喷雾同时启动试验。描述当时负荷最大化下运行时，站用变是否能正常运行。

1.3 相关设备参数

站用电、水喷雾系统设备、主变冷却器参数如下：

①#1站用变额定容量630kVA，额定电流为957A;②水喷雾控制柜交流电源空气开关K1、K2（如图1所示）型号NM-250/330，额定电流250A;③水喷雾加压泵电动机为三相异步电机，三角形接线方式，型号Y250M-2，额定功率55kW，额定电流102.6A;④#1、#3、#4主变冷却器电动机为三相异步电机，三角形接线方式，型号FC125-MDL7QA7，额定功率2.2kW，额定电流4.5A;⑤#3主变冷却器电动机为三相异步电机，星形接线方式，型号PR200/6，额定功率0.56kW，额定电流1.25A;⑥#1站用变保护定值单：过流Ⅰ段动作值1.71A，0s切两侧开关;过流II段定值0.34A，0.6s切两侧开关，CT变比200/5;⑦常用负荷额定电流在380A，在夏季用电高峰达到此值。

2  分析

首先我们对电机启动特性进行简述，电机电源刚接通时，电机基本没有感抗，只有阻抗，也就是线圈的直流电阻，这个数值是很小的，因此这个瞬间的电流是非常大的，会是额定电流的好几十倍，但持续时间非常短，通常只有零点零几秒。随着电机开始转动，这个电流急剧下降，如果不带负载启动，在1秒钟内就会降到额定电流的10倍左右，随着转速的上升，2秒之后就能降到2-3倍，之后继续下降，直到等于额定电流，这时电机转速也上升到了额定转速。

本站按最大化电动机启动，#1、#3、#4共18组风扇同时启动（同时启动每相只启动两台风扇），额定电流为81A。由于初期会产生较大励磁涌流，初始启动约为额定电流的7倍，电流在567A。

主变水喷雾系统启动，如果也是按初期产生较大励磁涌流，初始启动约为额定电流的7倍，初始启动约电流为718A。

由此看出电动机启动初级同时开启时瞬时电流非常大。以上电机电流初始额定电流加上常用额定电流能达到1665A。超出#1站用变额定电流的957A。同时投入会较大程度加大站用电负荷，据悉与消防水喷雾跳闸事故的发生密切相关。

按正常运行主变冷却器按最大化正常持续运行时，额定电流是81A+102A=183A。加上常用负荷额定电流后，正常最大化电流560A。其占站用变额定负荷的58%。符合站用变负荷选取的要求，对一般负荷的变电站，任何一台变压器停运，应能保证全部负荷的70%-80%的电力供应不受影响。所以#1站用变不会过负荷运行。#1站用变保护定值为过流II动作电流一般按其额定电流的1.3倍进行整定1244A，所以过流II段整定为0.34A，折算到站用次级电流为0.34×（200/5）/0.011约为1244A，在正常负荷情况下。水喷雾启动后在稳态情况下不会导致站用变过流跳闸。

计及水喷雾加压泵启动的暂态过程，电动机在启动初期，会产生较大的励磁涌流，但过流II段定值电流与同时启动的最大1665A工作瞬时电流相差413A，最大值可达到额定电流的7倍左右，但在较短时间内会自动衰减。过流按0.6秒跳开关，那衰减约为水喷雾加压泵电动机额定电流的大概4.42倍，在正常的励磁涌流范围之内。同时定值单过流II段的动作时间为0.6s，而电动机正常的启动时间在几秒到数十秒之间，在0.6s时励磁涌流值极有可能还未衰减至过流保护返回值，因此有可能导致过流II動作使站用变跳闸。

3  安全隐患和措施建议

这种最大化负荷的设置是有可能发生的，在4台主变同时运行过程中，假设其中一台挂站用变的主变发生故障跳闸，导致站用变失压。这时必须由另一台站用变提供负荷，400开关合闸带上全站负荷。站用变负荷上升，这时其中1台主变退出去运行，3台主变负荷分配上升，油温升高随即主变启动冷却器，同时故障主变由于内部故障而起火，导致消防水喷雾启动。这时就有可能出现了与其他3台主变冷却器同时启动的可能。这种状况会否使站用变保护由于突然的大负荷出现导致保护误动作跳闸呢？由于主变故障而导致事故扩大，站用电源全站失压的状况。据悉兄弟局的某站发生过由于大负荷电机启动，导致站用变次级保护过流II段误动作后站用变开关跳闸的先例。随着电网规模的扩大，目前220kV及以下变电站大部分已实现无人值班。在变电站的日常运行中，当给站用变供电的某台主变发生火灾时，该台主变将会跳闸或被切断电源，如果10kV母联备自投未投或未动作，极有可能会发生在单台站用变供电情况下，消防水喷雾系统启动灭火的情况。如果站用变跳闸导致水喷雾系统失电而失效，无人值班变电站运行人员和消防人员无法及时人工灭火，火灾可能蔓延至其它设备间隔，造成较大范围的停电和火灾事故，带来较大的人身、设备安全隐患和不良的社会影响。

即使在两台站用变同时运行的情况下，由于供给水喷雾系统为两路电源切换选择其中一路供电，也有可能导致站用电失电。以上数据计算，如果在夏季站用电负荷较重时，水喷雾系统启动亦有导致两台站用变跳闸先后跳闸的可能。

建议采取措施如下：

①对于已投运的变电站，应试验单台站用变在大负荷运行情况下，同时投入多台电动设备，模拟故障状态下站用变及保护能否满足运行条件。若不能应重新较核定值配合问题。而且由于消防水喷雾系统启动试验不属于变电站的定期维护内容，定值不配合也不容易被发现。在站内可能出现的最大负荷情况下，过流II段启动电流值与电机励磁涌流最大值的配合;同时由于励磁涌流为呈指数衰减，可尽量在允许范围内增大过流II段动作时间，使过流II段即使启动也可有效返回。

②如果无法保障过流II段定值，而导致降低其快速及灵敏度要求时，可以考虑4台主变冷却器配合时间，应改造4台主变冷却器启动时间，避免4台主变冷却器同时启动的可能。

③对于新建、扩建的变电站，应加强水喷雾系统启动的验收。一方面可要求相关厂家提供加压电机的励磁涌流特性曲线，在整定站用变过流II段的启动电流和动作时间时保障其与励磁涌流特性曲线的配合。另一方面，尽量在站用电负荷较大的情况下开展水喷雾试验验收，条件允许时应记录加压泵启动时的最大电流值，确保大站用电负荷单台站用变供电情况下不会发生站用变跳闸事故。

4  结束语

本次通过某变电站站用变主要原因为站用变保护过流II段定值未躲过消防加压泵及主变冷却器同时启动时的励磁涌流值，导致站用变跳闸失电可能性的存在。

随着电网建设规模的扩大，变电站数量在大幅度增加，变电站内消防安全不容忽视。为防止变电站内火灾时因站用电失电导致水喷雾系统灭火功能失效，一方面应全面校核站用变保护过流II段定值与水喷雾加压泵励磁涌流配合问题，另一方面在开展新建、扩建变电站主变水喷雾系统的验收时，应保证在单台站用变供电的情况下，站内其它负荷较重时，水喷雾系统启动站用变不会跳闸。

参考文献：

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