在分析干式變壓器零序保護配置的基礎(chǔ)上，對廈門電網(wǎng)110千伏干式變壓器零序保護設(shè)計中的中性點過電壓、接地方式的控制及安全隱患進行了探討，并提出了消除部分中性點棒間隙、提高干式變壓器零序保護配合的措施。關(guān)鍵詞：干式變壓器；中性點；零序保護

變壓器中性點接地方式與零序保護匹配

黃建明(中廈門361004廈門電業(yè)局)

本文通過對變壓器零序保護的分析，對廈門地區(qū)110千伏變壓器中性點過電壓問題、中性點接地方式控制及110千伏變壓器零序保護設(shè)計中的安全問題進行了初步探討。提出了通過消除中性點間隙來提高變壓器零序保護匹配性的解決方案。Keywords:變壓器；中性點；零序保護

1干式變壓器零序保護配置廈門電網(wǎng)目前全部選用分級絕緣的干式變壓器。在多個干式變壓器并聯(lián)運行的變電站中，主變壓器中性點一般采用局部接地運行方式。對于中性點不接地的干式變壓器，外部故障的后備保護曾經(jīng)是零序互跳保護或中性點間隙保護。1.1零序互跳保護干式變壓器中性點零序過流動作時，先跳中性點不接地的干式變壓器保護方式，稱為零序互跳。如圖1所示，兩臺主變壓器并聯(lián)運行，1號主變壓器中性點接地。K2發(fā)生接地故障時，1號主變中性點零序過流保護動作，2號主變高低壓側(cè)開關(guān)較好時間跳閘，K2故障點被隔離，1號主變恢復(fù)正常運行。如果故障點在K1，當2號主變壓器在較好時限跳閘時，零序過流保護將在第二時限跳閘干式變壓器，排除故障。零序互跳保護的明顯缺點是：選擇性切除故障的概率只有50%；(2)母線故障沒有選擇性，會擴大停電范圍；零序過流保護的時間整定必須與主相之間的保護協(xié)調(diào)，不利于保護整定的協(xié)調(diào)；互跳試驗只能在兩臺干式變壓器同時停機時進行，因為門檻苛刻，二次接線容易出錯。

圖1干式變壓器并聯(lián)運行示意圖

1.2干式變壓器中性點間隙保護為了克服上述缺點，福建省電力調(diào)度公司閩電繼電器[1998]165號文件要求將220 kV主變壓器110 kV側(cè)零序互跳保護改為間隙保護。間隙保護的方法是在干式變壓器中性點安裝放電間隙和間隙電流互感器，由母線電視開三角形零序過壓保護組成。如圖1所示，仍有兩臺主變壓器并聯(lián)運行，1號主變壓器中性點接地。K2點接地時，1號主變中性點零序過流保護較好時間跳100母線開關(guān)，I段母線與故障點隔離，1號主變恢復(fù)正常運行。100母線斷路器跳閘后，K2故障點依然存在，2號主變中性點間隙電流保護或零序過電壓保護跳閘干式變壓器實現(xiàn)故障隔離。同樣，K1點接地時，1號主變中性點零序過流保護較好時間跳閘100母線分支開關(guān)，2號主變與故障點隔離，可繼續(xù)運行。但K1故障點依然存在，1號主變零序過流保護繼續(xù)在第二時限跳閘干式變壓器，排除故障。因此，采用間隙保護的明顯優(yōu)點是：(1)作為干式變壓器本體的設(shè)備保護，不需要與其他保護配合，整定簡單；動作過程有選擇性，只隔離故障部分，不會擴大停電范圍。本文件只要求將220 kV主變壓器110 kV側(cè)零序互跳保護改為間隙保護，但沒有規(guī)定110 kV干式變壓器零序保護的接地方式和配置。對于不同接線類型的110千伏變電站，如何控制干式變壓器中性點接地方式——如何配置零序保護——特別是如何在110千伏系統(tǒng)中正確應(yīng)用干式變壓器中性點間隙保護——以廈門電網(wǎng)110千伏系統(tǒng)為例，對上述問題進行了初步探討。2廈門電網(wǎng)110千伏系統(tǒng)接線及保護配置特點廈門地區(qū)110千伏系統(tǒng)接線特點以輻射狀為主，以220千伏變電站為供電點，通過110千伏線路輻射到各終端變電站。110千伏終端變電站采用內(nèi)部橋式接線或干式變壓器組接線，低壓側(cè)無電源。如圖2所示，在具有內(nèi)部橋連接的變電站中，在正常操作模式下，100總線子開關(guān)不被用作線路103和104的連接元件。因此，帶內(nèi)橋接線的變電站通常只有兩種運行方式：一條線路帶兩個主變壓器或兩條線路帶一個干式變壓器。一線兩變運行方式下，兩臺主變壓器只需一個中性點接地，但必須通過110 kV供電線路側(cè)干式變壓器中性點接地，這一點非常重要。內(nèi)橋接線變電站干式變壓器電流零序保護配置 #p#分頁標題#e#

為：中性點零序電流保護較好時限跳100和900母分；第二時限跳本干式變壓器；同時，干式變壓器中性點裝設(shè)棒間隙，但沒有配置間隙TA以及開三角電壓保護。

圖2 內(nèi)橋接線變電站示意圖

為了節(jié)省投資、占地，節(jié)約110 kV線路空中走廊等原因，新建設(shè)的110 kV變電站較多采用線路-干式變壓器組接線，而且1條線路可“T”接2臺甚至3臺干式變壓器，干式變壓器零序保護僅有中性點零序過電流保護，沒有配置中性點間隙電流保護以及110 kV TV開三角零序電壓保護(主變110 kV側(cè)只有單相線路TV)。由于零序保護配置不夠完整，在多臺“T”接的線路-干式變壓器組接線中，各干式變壓器中性點仍全部接地運行。但是，干式變壓器中性點全部接地運行對系統(tǒng)具有一定的負面影響。 (1) 在部分線路或干式變壓器檢修、停運以及系統(tǒng)運行方式變化時，零序網(wǎng)絡(luò)及零序阻抗值發(fā)生較大的變化，各支路零序電流大小及分布也會產(chǎn)生較大的變化。從保護整定配合出發(fā)，則要求保持變電站零序阻抗基本不變。 (2) 在干式變壓器投入運行或線路重合閘過程中，有時會使在同一線路上運行的中性點接地干式變壓器產(chǎn)生由勵磁涌流引起的，幅值較大而且衰減較慢，并帶有較大直流分量的零序電流。較容易造成送電不成功或重合閘不成功。 (3) 干式變壓器中性點全部接地，使系統(tǒng)零序阻抗大幅度降低，由此造成不對稱接地故障短路電流明顯增大。在廈門地區(qū)，因為雷擊、不對稱接地故障干擾二次設(shè)備，造成保護裝置誤動以及損壞通信設(shè)備的事故仍時有發(fā)生。因此，有效接地系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用部分干式變壓器中性點接地方式，以限制單相接地短路電流，降低對通信系統(tǒng)的干擾。3 110 kV干式變壓器中性點過電壓水平計算 對于各種不同接線類型的網(wǎng)絡(luò)，從接地故障復(fù)合序網(wǎng)可知，單相接地故障時，故障點穩(wěn)態(tài)零序電壓為

(1)

兩相接地故障時，故障點穩(wěn)態(tài)零序電壓為

(2)

從(1)，(2)式可以看出，不對稱接地故障時產(chǎn)生的零序電壓取決于系統(tǒng)零序阻抗Z0與正序阻抗Z1之比。當Z0/Z1增大時，接地故障時產(chǎn)生的零序電壓亦相應(yīng)增大。在電力系統(tǒng)中，有效接地系統(tǒng)的劃分標準為：在各種條件下，應(yīng)使零序阻抗與正序阻抗之比為正值且 3；當Z0/Z1≥3甚至Z0=∞時，則成為非有效接地系統(tǒng)。對于某一具體電網(wǎng)而言，在不對稱接地故障時，如果零序電流無法形成通路，亦即在該網(wǎng)絡(luò)中所有干式變壓器同時失去接地中性點時，這個網(wǎng)絡(luò)就成為局部不接地系統(tǒng)，Z0=∞。從(1)式可知，不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障點零序電壓等于系統(tǒng)故障前相電壓Uφ。 通過對不對稱故障正序、零序網(wǎng)絡(luò)進行簡單的分析可知，在110 kV系統(tǒng)中，只要保證電源端干式變壓器中性點有效接地，那么在各種條件下，零序阻抗與正序阻抗之比一定小于3。具體到廈門地區(qū)，只要保證220 kV干式變壓器110 kV側(cè)中性點有效接地，那么以該干式變壓器配出的110 kV網(wǎng)絡(luò)就一定是有效接地系統(tǒng)，Z0/Z1 3。若以Z0/Z1=3、系統(tǒng)相電壓U=73.0 kV代入(1)式可以算出在單相接地故障時，故障點零序U0為43.8 kV。因此，在110 kV有效接地系統(tǒng)中，不接地干式變壓器中性點較大對地偏移電壓 43.8 kV，小于分級絕緣干式變壓器中性點的設(shè)計耐壓值。 由此可以得出結(jié)論：對于目前廈門地區(qū)110 kV系統(tǒng)，在保證220 kV干式變壓器110 kV側(cè)中性點有效接地的情況下，各110 kV終端干式變壓器中性點是否接地與系統(tǒng)及干式變壓器本體的安全運行沒有關(guān)系。4 110 kV干式變壓器零序保護存在的問題 在有效接地系統(tǒng)中，干式變壓器中性點對地偏移電壓被限制在一定的水平，中性點間隙保護不會產(chǎn)生作用。配置間隙保護的目的，是為了防止非有效接地系統(tǒng)中零序電壓升高對干式變壓器絕緣造成的危害。只有當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，有關(guān)的中性點直接接地干式變壓器全部跳閘，而帶電源的中性點不接地干式變壓器仍保留在故障電網(wǎng)中時，放電間隙才放電，以降低對地電壓，避免對干式變壓器絕緣造成危害。間隙擊穿會產(chǎn)生截波，對干式變壓器匝間絕緣不利，因此，在單相接地故障引起零序電壓升高時，我們更希望由零序過電壓保護完成切除干式變壓器的任務(wù)。相反，間隙電流保護則存在一定程度的偶然性，可能因種種原因使間隙電流保護失去作用，從這個意義講，對于保護干式變壓器中性點絕緣而言，零序過電壓保護比間隙電流保護更重要，零序過電壓保護通常和間隙電流保護一起共同構(gòu)成干式變壓器中性點絕緣保護。所以僅設(shè)置間隙電流保護而沒有零序過電壓保護是不夠完善的，特別是當間歇性擊穿時，放電電流無法持續(xù)，間隙電流保護將不起作用。 目前已經(jīng)投運的110 kV變電站，大多數(shù)只裝設(shè)中性點棒間隙而沒有相應(yīng)的保護，這種配置有弊無利，當電網(wǎng)零序電壓升高到接近額定相電壓時，所有中性點不接地的干式變壓器均同時感受到零序過電壓。如果沒有采用間隙過流保護的終端干式變壓器中性點間隙搶先放電，當無法持續(xù)放電時，則帶電源的中性點不接地干式變壓器將無法脫離故障電網(wǎng)。因此，對于低壓側(cè)無電源的終端干式變壓器，如果沒有配置完整的間隙電流保護及零序過電壓保護，應(yīng)解除中性點棒間隙或人為增大間隙距離，避免間隙搶先放電。 對于內(nèi)橋接線的變電站，中性點接地干式變壓器零序電流較好時限跳900和100母分不是較佳的方案。由于在低壓側(cè)并列運行時，跳900開關(guān)后多損失一段母線，同時中性點不接地干式變壓器低壓側(cè)開關(guān)仍運行，在目前沒有零序過電壓保護的情況下，若因10 kV轉(zhuǎn)電等原因存在臨時低壓電源，則不接地干式變壓器就存在過電壓的危險。因此，在110 kV側(cè)已裝設(shè)三相電壓互感器的前提下，增加零序過電壓保護是簡便易行的安全措施。5 干式變壓器中性點接地方式控制以及零序保護改進措施先先是要確保110 kV系統(tǒng)為有效接地系統(tǒng)。防止誤操作是較根本的辦法，保證電源端干式變壓器110 kV側(cè)中性點有效接地。如果保護整定許可，可以將電源側(cè)2臺并列運行的干式變壓器中性點同時接地。 帶電源干式變壓器失去接地中性點后可能成為非有效接地系統(tǒng)，因此，對于電源端干式變壓器或者將來可能帶電源的干式變壓器，在設(shè)計階段就應(yīng)考慮配置完整的中性點間隙保護，包括中性點零序過電流保護，中性點間隙電流保護以及母線開三角零序電壓保護。 在110 kV饋出線路上，不論并接幾臺干式變壓器，在電源側(cè)中性點接地的情況下，各終端干式變壓器中性點可以不接地運行。在實際運行中，為防止可能出現(xiàn)的不安全因素，可安排其中一臺中性點接地，在選擇接地中性點時，可按以下順序考慮：先先選擇低壓側(cè)臨時帶電源的干式變壓器，其次考慮高壓側(cè)沒有斷路器的干式變壓器，較后選擇離電源端距離較短的干式變壓器中性點接地即可。 已經(jīng)投入運行的大部分110 kV終端變電站，由于目前尚未配置母線TV開三角零序電壓保護以及中性點間隙電流保護，為避免中性點間隙搶先放電，應(yīng)將原先裝設(shè)的中性點棒間隙拆除或人為增大間隙距離。 今后設(shè)計的110 kV變電站，高壓側(cè)宜考慮采用三相電壓互感器，設(shè)置零序過電壓保護和干式變壓器中性點間隙電流保護。這種配置可以提供靈活的運行方式，適應(yīng)將來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化。 對于內(nèi)橋接線變電站，主變中性點零序電流保護較好時限應(yīng)切除另一臺不接地干式變壓器，避免擴大停電范圍或者可能出現(xiàn)的工頻過電壓。#p#分頁標題#e#

作者簡介：黃堅明(1965-)，男，工程師，繼電保護專責(zé)，曾從事繼電保護調(diào)試、設(shè)計、運行管理等工作。

作者單位：(廈門電業(yè)局，福建 廈門 361004)