變壓器零序保護與間隙接線原理及運行

譚武光，段文學

(1.云南電網有限責任公司教育培訓評價中心，昆明 650204;(2.云南電網有限責任公司文山供電局，云南 文山 663000)

0 前言

為了改善110 kV 及以上系統接地點的分布和限制接地點數量，限制系統接地零序電流的數值。對于安排接地的變電站，當兩臺主變并列運行時，經常采用一臺變壓器中性點直接接地運行，另一臺變壓器中性點不接地運行，且兩臺變壓器的中性點接地方式需要相互切換。這樣就會出現這樣的問題:110 kV 及以上電壓等級的變壓器中性點的零序過流保護與間隙過流保護是需要兩種保護一起投入，還是要隨著中性點運行方式的變化而選擇投入零序過流保護，退出間隙過流保護，或投入間隙過流保護，退出零序過流保護，在云南電網中有的供電局要求零序過流保護與間隙過流保護一起投入，而不考慮中性點運行方式的變化。這樣可以避免運行人員發生二次壓板的誤投、切操作。有的供電局則要求:零序過流保護與間隙過流保護的投、切應隨著變壓器中性點刀閘運行方式的變化而做相應的改變，即當變壓器中性點接地刀閘在合閘運行時，應投入零序過流保護，而退出間隙過流保護;當變壓器中性點接地刀閘在拉開位置時，應投入間隙過流保護，而退出零序過流保護。

變電站的變壓器是電力生產的核心設備，由于其成本較高，故在110 kV 及以上的中性點直接接地的電網中，普遍采用分級絕緣的變壓器。接地短路故障是電網實際運行中較常見的故障(約占故障總數的85%以上)之一。在電網實際運行中，部分變壓器的中性點是直接接地的，零序過流保護能夠反映變壓器高壓(或中壓)繞組、及引出線上的接地短路故障，并可作為變壓器的主保護和相鄰母線、線路接地保護的后備保護。但為了限制接地短路電流的幅值，還有部分變壓器的中性點采用不接地方式運行。當系統發生接地故障且中性點接地的變壓器跳閘后，電網出現的零序過電壓或諧振過電壓等都會危及這些不接地變壓器的中性點絕緣。為了保護不接地變壓器的中性點絕緣，變壓器還必須裝設中性點放電間隙并配置間隙過流保護。

目前，電力系統中110 kV 及以上的變壓器中性點間隙過流保護都是采用避雷器聯合放電間隙的模式。避雷器并聯間隙的保護分工是工頻、操作過電壓由間隙承擔，雷電、暫態過電壓由避雷器承擔，同時，又用放電間隙來限制避雷器上可能出現的過高幅值的工頻過電壓和過高的殘余電壓。這種方式既可對變壓器中性點絕緣進行保護，又可起到相互保護的作用。值得注意的是，放電間隙與避雷器配合時，間隙距離不能太小，以防止在接地暫態過電壓作用下誤動作，引起保護裝置的頻繁動作;同時，間隙也不能太大，否則，就起不到限制工頻過電壓、保護避雷器(中性點絕緣)的作用。

1 零序過流和間隙過流保護

變壓器中性點的零序過流和間隙過流保護在實際應用中有以下四種典型接線方式:

1)變壓器中性點的間隙過流保護與零序過流保護共用中性點套管式電流互感器接線方式.間隙過流保護與零序過流保護共用中性點套管式電流互感器接線方式，如圖1 所示。兩種保護共用一個電流互感器，零序電流繼電器與間隙電流繼電器的電流線圈串接在中性點裝設的電流互感器二次側。兩個電流繼電器的動作整定值不同，且兩種接地電流的性質也不同。中性點直接接地時的零序電流主要是工頻分量;中性點不接時的間隙電流具有間隙、分段發展的特點，間歇時間和電流幅值均具有隨機性，且含有大量的諧波分量。

圖1 共用電流互感器接線

2)變壓器中性點的零序過流保護與間隙過流保護單獨配置電流互感器接線方式，零序過流保護與間隙過流保護電流采集量采用兩個不同的電流互感器，兩種保護的電流互感器相互獨立，即交流回路一、二次回路分開，如圖2 所示。采用這種接線方式的變壓器零序電流保護和間隙過流保護壓板可全部投入，無需進行投、退切換，兩種保護可通過變壓器中性點接地刀閘的分、合自動投、退。

圖2 采用不同電流互感器接線

3)變壓器零序過流保護用中性點套管式電流互感器，間隙過流保護單獨配置(間隙)電流互感器接線方式，零序過電流采用變壓器自帶的中性點套管電流互感器，間隙過電流采用單獨的電流互感器的接線方式，如圖3 所示。

圖3 單獨的電流互感器接線

4)變壓器中性點的零序過流保護與間隙過流保護的改進型接線方式，為了防止因接線錯誤或誤投、切保護壓板引起的保護誤動或拒動，由于電力系統中已普遍采用微機保護，在實際工程中的微機保護是用變壓器中性點接地刀閘輔助接點作為開入量引入微機保護，通過此開入量來自動判斷中性點刀閘的分、合位置，以控制零序過流保護和間隙保護的投、切。采用這種方式也可以有效防止變壓器零序過流保護的誤動作，但該設計方案在工程中的應用目前尚未形成統一意見。

2 運行要求

變壓器中性點的零序過電流和間隙過電流保護的投、切方式，應根據上述幾種保護的實際接線情況及中性點的運行方式綜合考慮。若接線錯誤(一次或二次)或未根據接線方式和中性點運行方式正確投、切保護壓板，將會導致零序過電流或間隙過電流保護裝置失去其應有的功能，甚至造成保護的誤動和拒動。如中性點接地刀閘接線錯誤，中性點刀閘合上時僅短接中性點保護間隙(如圖4 所示)，并未短接間隙過流保護用電流互感器，這樣間隙不需擊穿放電，間隙過流保護即會動作。這就是此次間隙過流保護誤動作的真正原因。

圖4 中性點刀閘錯誤接線圖

正確的接線應采用圖5 所示的接線方式，中性點刀閘應和保護間隙與間隙過流保護用電流互感器串聯支路相并聯。當中性點刀閘合閘時，短接了保護間隙與間隙過流保護用電流互感器的串聯支路，間隙過流保護退出運行，零序過流保護投入運行;當中性點刀閘拉開時，保護間隙和間隙過流保護投入運行，但如前所述間隙電流可能不穩定，可能導致零序過流出口，因此間隙保護和零序保護的壓板應和接地刀閘的運行方式對應投切。

圖5 中性點刀閘正確接線圖

3 結束語

變壓器中性點的零序過電流保護和間隙過電流保護，兩種保護能否同時投入?或保護的投入與切除是否需要隨著變壓器中性點運行方式的改變而改變，這個問題不能一概而論，而應根據現場零序過流保護與間隙過流保護的構成原理和接線情況，并綜合各種可能的影響因素后，而采取正確、合理的投、切方式。

［1］李火元，《電力系統繼電保護與自動裝置》，中國電力出版社

［2］陶然，熊為群，《繼電保護 自動裝置及二次回路》，水利電力出版社