110kV變壓器中性點(diǎn)放電間隙保護(hù)誤動分析探討

摘要：近三年，公司110kV分級絕緣變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)發(fā)生了兩次誤動作，本文通過對兩次故障案例進(jìn)行分析，總結(jié)得出在雷擊線路發(fā)生的情況下，主變中性點(diǎn)放電間隙的擊穿導(dǎo)致保護(hù)誤動，提出110kV分級絕緣變壓器中性點(diǎn)保護(hù)方式應(yīng)有所區(qū)分，對低壓側(cè)無地方電源接入的一般性110kV變電站的主變壓器中性點(diǎn)可以直接采用避雷器保護(hù)方式，而對低壓側(cè)有地方電源接入的主變中性點(diǎn)宜采用避雷器并聯(lián)棒間隙的保護(hù)方式，并對不同變電站主變壓器避雷器和棒間隙的配合進(jìn)行校驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：分級絕緣變壓器 中性點(diǎn) 放電間隙 擊穿 分析

0 引言

目前公司運(yùn)行的110kV及以上電網(wǎng)全部是有效接地系統(tǒng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是由220kV變電所以輻射狀向110kV變電所供電。110kV接地的中性點(diǎn)設(shè)置在220kV變電所的降壓變壓器上，是零序電抗的主通道，是保證系統(tǒng)有效性（X0）的主導(dǎo)成分，不允許失地。目前變壓器一般采用分級絕緣結(jié)構(gòu)，絕緣水平相對較低，所以不接地運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)需要考慮雷電過電壓、操作過電壓和暫時過電壓的影響，因此不管站內(nèi)有幾臺主變，至少應(yīng)有1臺變壓器的110kV中性點(diǎn)必須接地運(yùn)行并滿足X0/X1<3。《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620 1997）第4.1.1條指出：“應(yīng)避免110kV及220kV有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過電壓。

按照國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計要求，目前公司配置的110kV變壓器中性點(diǎn)全部采用棒間隙和避雷器相配合的保護(hù)方式。而對此種保護(hù)方式，公司近三年發(fā)生了兩起因中性點(diǎn)放電間隙擊穿引起的保護(hù)切除正常運(yùn)行負(fù)荷事故，因此有必要對中性點(diǎn)全部采用棒間隙和避雷器相配合的保護(hù)方式進(jìn)行探討分析，改進(jìn)其配置方式。

1 故障實(shí)例一

1.1 故障前信息 故障前220k岳東站110kVI、II母線并列運(yùn)行，#2、#3主變110kV側(cè)中性點(diǎn)地刀均在合位，110kV岳山線帶山口站兩臺主變運(yùn)行，兩臺主變中性點(diǎn)刀閘均在分位，主變中性點(diǎn)均裝有放電間隙。故障示意圖如圖1所示。

■

1.2 故障經(jīng)過 8月8日，該地區(qū)遭遇強(qiáng)雷雨天氣，4時44分左右，同塔雙回架設(shè)的110kV岳安I、II線在11號塔處岳安I線C相遭雷擊接地、岳安II線AC相遭雷擊接地故障，在同一時刻110kV岳山線三相流過了大小方向全部相同的零序故障電流，導(dǎo)致三條線路保護(hù)同時動作，斷路器分閘，后重合成功。

1.3 故障分析 現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，110kV山口站2號主變中性點(diǎn)放電間隙擊穿，放電棒端有明顯的燒傷痕跡。如圖2所示。

經(jīng)停電檢查，岳安I線保護(hù)裝置記錄：距離I段、零序I段和重合閘動作，C相故障，故障相電流21.2A，故障零序電流18.75A，故障測距1.7kM；岳安II線保護(hù)裝置記錄：距離I段、零序I段和重合閘動作，AC相故障，故障相電流33.5A，故障零序電流29.42A，故障測距3.1kM；岳山線保護(hù)裝置記錄：零序I段和重合閘動作，三相故障電流完全相同，故障相電流2.6A，故障零序電流7.45A。經(jīng)故障錄波分析，這次故障是由于雷擊引發(fā)同桿架設(shè)的岳安I、II線接地短路，同時引發(fā)山口兩臺主變中性點(diǎn)放電間隙擊穿，岳山線零序保護(hù)動作。

2 故障實(shí)例二

2.1 故障前信息 故障前220kV翟鎮(zhèn)站110kV雙母線并列運(yùn)行，2號主變220kV側(cè)、2號和3號主變110kV側(cè)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行。110kV翟新線帶全站負(fù)荷，1、2號主變分列運(yùn)行，1號主變中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，新泰熱電通過1號主變35kV側(cè)并入電網(wǎng)。110kV翟陳I線和翟陳II線分帶陳家莊站110kVI、II母線，1、2號主變中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。110kV翟青II線帶110kV青云站110kVI、II母線并列運(yùn)行，翟青I線空載備用，1、2號主變不接地運(yùn)行。110kV翟宮線帶宮里站110kVI、II母線并列運(yùn)行，1、2號主變不接地運(yùn)行。故障示意圖如圖3所示。

■

2.2 故障經(jīng)過 7月28日，新泰地區(qū)遭遇強(qiáng)雷雨天氣，7時28分，110kV翟宮線2號塔（0.4千米）BC相遭雷擊，BC相相間接地短路，翟宮線保護(hù)距離I段、零序I段保護(hù)動作，一次故障電流12968A。翟宮線故障同時110kV翟新線新泰站側(cè)保護(hù)零序I段保護(hù)動作切除35kV并網(wǎng)線。

2.3 故障分析 經(jīng)現(xiàn)場檢查110kV新泰站2號主變中性點(diǎn)放電間隙擊穿，放電棒端有明顯的燒傷痕跡。如圖4所示。

故障錄波記錄顯示，翟宮線故障同時110kV翟新線零序電流最大到8.7A，新泰站的110kV翟新線保護(hù)動作報告顯示故障時動作電流也在8.7A左右，翟新線保護(hù)零序I段保護(hù)動作電流定值為8A，時間0S，保護(hù)正確動作。

經(jīng)過COBASE整定軟件計算，當(dāng)?shù)枣?zhèn)站110kV母線相間接地故障，假設(shè)新泰站2號主變中性點(diǎn)接地時，流經(jīng)110kV翟新線最大零序電流為438*3/120=11A，故障時新泰站零序電流為8.7安。原因是2號主變中性點(diǎn)間隙擊穿，相當(dāng)于1、2號主變零序并列，零序阻抗減小，引起保護(hù)動作[1]。

經(jīng)調(diào)取翟鎮(zhèn)站110kV母線運(yùn)行的其他110kV線路故障錄波信息，并現(xiàn)場檢查放電間隙發(fā)現(xiàn)，陳家莊站、青云站主變中性點(diǎn)放電間隙也被擊穿，具體如下表1所示。

■

3 故障原因分析探討

上述兩個實(shí)例表明，在強(qiáng)雷雨天氣下，雷擊線路時，110kV變壓器中性點(diǎn)放電間隙擊穿導(dǎo)致保護(hù)動作切除正常運(yùn)行線路。

經(jīng)過查閱故障錄波信息，山口站放電間隙擊穿時，岳東站110kV系統(tǒng)產(chǎn)生的零序電壓大約為88.9kV，反映到二次側(cè)為140V，新泰站放電間隙擊穿時，翟鎮(zhèn)站110kV系統(tǒng)產(chǎn)生的零序電壓大約為29.8kV，反映到二次側(cè)為47V。錄波顯示如圖5、圖6所示。

天氣晴朗干燥時，直徑16 mm、水平布置、半球頭圓鋼的棒-棒間隙放電電壓與間隙距離的關(guān)系見圖7，在Ucp（1±σ）和U50%（1±σ）區(qū)間內(nèi)放電的概率為99.7%[2]。

■

Ucp—工頻放電電壓；U50%-50%雷電沖擊放電電壓；σ—放電電壓的標(biāo)準(zhǔn)偏差。工頻放電電壓，雷擊沖擊放電電壓取3%。

上述兩次故障發(fā)生時，變電站所在地區(qū)均出現(xiàn)大風(fēng)和強(qiáng)降雨，考慮天氣影響，放電間隙間擊穿電壓將降低[3]。加之雷擊線路時，變電所近區(qū)線路單相接地，大氣與內(nèi)部過電壓往往同時出現(xiàn)，疊加后傳遞到并有間隙的主變中性點(diǎn)，波形既不是純工頻也不是標(biāo)準(zhǔn)雷電波，試驗(yàn)室得出的兩項(xiàng)獨(dú)立的數(shù)據(jù)很難代表所遇到的真實(shí)情況，考慮到氣象條件、電極形狀及本身放電電壓的離散性的影響，發(fā)生間隙擊穿放電的概率將大大增加[4]。

4 結(jié)論及建議

①主變低壓側(cè)有地方電源接入的中性點(diǎn)均直接接地，不考慮間隙保護(hù)。②主變低壓側(cè)無地方電源接入的中性點(diǎn)采取金屬氧化物避雷器并聯(lián)放電間隙的保護(hù)方式。③對避雷器和放電間隙配合進(jìn)行校驗(yàn)，依據(jù)放電間隙的工頻放電電壓試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，將60kV級絕緣中性點(diǎn)間隙選擇范圍調(diào)整為140-150mm。④對擊穿的中性點(diǎn)放電間隙進(jìn)行校核，調(diào)整間隙距離，并及時對球頭圓鋼進(jìn)行打磨，以便于觀察今后是否放電。⑤對集中招標(biāo)采購的中性點(diǎn)成套裝置，低壓側(cè)無電源點(diǎn)接入時，可以將放電間隙一側(cè)的圓鋼拆除并作為備品，以備低壓側(cè)新增電源點(diǎn)接入時及時安裝。

參考文獻(xiàn)：

[1]《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》（DL400-91）.

[2]彭向陽，李謙，鐘定珠.廣東電網(wǎng)110kV、220kV變壓器中性點(diǎn)保護(hù)方式探討[J].廣東電力，2000，13（2）：25-27，46.

[3]解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1991.

[4]周澤存.高電壓技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，1998.

作者簡介：孫慶森（1980-），男，山東泰安人，工程師，主要從事電力技術(shù)監(jiān)督與狀態(tài)檢修領(lǐng)域的工作。