110KV變電站主變中性點間隙配置研究

陳剛

【摘 要】介紹了江南110kv電網運行方式，根據江南一起110kv系統接地故障，分析了系統單相接地對系統保護的影響;對線路故障和主變保護動作原因進行了分析，提出了與零序保護相關的主變中性點間隙的配置及保護意見共同探討。以提高供電連續、可靠性。

【關鍵詞】接地故障;間隙放電;零序保護

中圖分類號： TM63 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）12-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.016

0 前言

江南電網承載著山會及來復的生產、生活用電，電網的穩定運行直接關系到江南片區的穩定供能及各單位生產的穩定性。江南110KV系統一期為城山線單電源供電，二期增加一條110kV天山線供電;兩條線路互為備用。主變編號為1#主變、2#主變，主變中性點按照宜賓電業局調度中心（地調）運行方式管理，兩臺主變中性點不接地運行。10kV電網為中性點不接地電網，電網的負載全部為電纜饋出。

在我國電力系統中，110KV系統屬于有效接地系統，110KV變電站的主變大多采用分級絕緣且部分接地。當系統發生接地短路等不對稱故障時，不接地主變中性點可能出現較高的穩態或暫態過電壓，可能造成中性點保護間隙的擊穿及相關保護的誤動作。而單相接地故障是110KV輸電網最為常見的故障類型，單相接地后引起系統零序電壓升高而導致保護失去選擇性，則需加強對系統零序網絡的研究。

1 110KV主變間隙放電原理及作用

江南110KV主變為1#主變、2#主變。主變間隙放電的機理復雜，受到間隙距離、氣象條件、間隙棒頭現狀及放電電壓的離散性影響。往往以零序電壓的穩態值作為計算依據。

1.1 間隙保護原理

利用空氣在高電壓下會被電離擊穿現象，將兩個金屬針尖中間隔著空氣間隙安裝，其中一個金屬針尖接地，一個接保護設備。當針尖之間空氣被事故過電壓擊穿電離，導致放電電流流過，從而將過電壓降低，空氣間隙絕緣恢復，放電被截止，對主變進行保護。

間隙保護的優點是結構簡單、可靠，維護量小;缺點是工頻續流大，滅弧力差。

1.2 主變間隙作用

當110KV線路遭受雷擊，雷電波從線路侵入110KV變電站到達中性點，產生特高雷電壓，而避雷器沒有達到動作條件，靠間隙擊穿來保護變壓器中性點絕緣。

當110KV系統發生接地故障時，主變間隙放電可能導致系統零序網絡發生變化，由于系統保護定值的計算均建立在正常的零序網絡基礎上，則零序網絡的變化造成了保護定值的不確定性，這需要主變間隙保護定值與線路保護相結合。

對于單回線路運行帶末端主變供電網絡的中性點可經間隙接地。

2 江南110KV城山線單相接地故障分析

2.1 故障前系統運行方式

山會變電站由110kV天山線、城山線分列運行，110kV天山線空載運行，110kV城山線帶江南片區負荷運行，兩線路互為備用。兩側均設三段式距離保護，主變差動保護，零序保護，線路重合閘，備自投投入運行。正常運行圖如圖1。

110kV分段100#開關運行，1#主變、2#主變中性點按照宜賓電業局調度中心（地調）運行方式管理，兩臺主變中性點不接地運行。

2.2 故障過程及分析

2016年1月24日零時左右，山會變電站值班員報：110kV城山線失電，152#開關差動保護動作跳閘，備自投啟動，合上110kV天山線151#開關。當時天氣惡劣，23日至24日事故時，宜賓地區已下了一天一夜的幾十年不遇的大雪了。

經工作人員現場檢查，152#開關差動保護動作跳閘。查看保護定值單，110kV城山線按地調（宜賓調度指揮中心）要求投入線路重合閘，時間整定為1s，備自投時間整定為5s。錄波完整定值核對無誤。（本周南自工作人員正在處理分公司微機保護故障，工作未完）分公司當班調度與地調核對、了解情況得知：地調微機保護顯示：110kV城山線c相接地，故障電流418.9A，故障測距11.33km。110kV城山線161#開關線路差動保護動作跳閘，重合閘未成功。要求我方（江南分公司）對110kV城山線巡線。維安部工作人員凌晨巡線發現9#鐵塔C相因雪災將樹枝壓在了線路上。如圖2.

2.2.1 故障分析

管理人員調出2#主變高壓側故障錄波進行分析，從2#主變高壓側電壓值及波形圖可以看出城山線C相接地。如表1電壓電流值。

2#主變高壓側故障錄波圖見圖3所示。

圖中，ua、ub、uc表示三相電壓波形，uo表示零序電壓波形

也可以從圖4的故障電流圖綜合分析

由表1數據和波形圖看出，故障前2#主變高壓側三相電壓對稱，無零序電壓，間隙沒有零序電流。某時刻C相電壓降低，有10.3v的殘壓，而A、B相電壓基本不變，且110kV∥母電壓互感器開口三角形電壓為100.4v，則C相單相接地。

2.2.2 保護定值分析

110kV線路發生單相接地時，當主變中性點間隙零序電流滿足主變高后備保護動作整定值時，保護啟動，0.5s（定值單查）出口跳主變高壓側152#開關。故障錄波，故障測距啟動。

3 110KV主變中性點間隙擊穿分析

當110kV輸電線路一相接地時，由于主變間隙產生瞬間零序過電壓導致間隙擊穿放電，距離、差動保護，零序I段保護啟動。但是，由于線路波阻抗的作用，降低了中性點過電壓幅值，電壓不足以使避雷器動作，以降低中性點過電壓，可以靠間隙擊穿來泄流，保護主變中性點絕緣不受損害。同時也驗證了主變中性點避雷器與棒、間隙的配合有效，參數設置合理。

間隙保護——由間隙零序過電壓和零序過電流保護組成，110kV系統間隙零序過電壓整定為180v，動作行為跳主變兩側開關。110kV系統整定為1.2～5s，主要考慮與線路后備保護及自動重合閘相配合。線路發生瞬時性故障時，線路保護可以先于主變間隙保護動作而切除故障，線路重合閘成功后可以保證系統正常運行。

當110kV系統發生單相接地時，有效接地系統中的不接地變壓器中性點的穩態電壓最大值可用如下公式計算。

式中：Uosm——穩態電壓

K——系統零序綜合阻抗與正序綜合阻抗之比（k≤3）

UΦm——系統最高運行相電壓

根據110kV系統主變規程要求，110kV側主變中性點間隙距離為11cm-13.5cm，查閱山會變電站安裝資料顯示：2#主變110kV中性點間隙值為12.4cm，工頻放電電壓為49-58kv，單相接地時，中性點不應擊穿，此次事故保護靈敏，快速，設置合理。

4 建議與措施

通過這次事故分析，為避免今后發生故障，確保江南供電系統穩定運行，建議：

（1）定期效驗保護定值，定期做事故預防性實驗和事故預案。

（2）對主變的日常維護中，加強對主變中性點間隙的清理維護。

5 結論

當110kV系統發生接地故障時，由于主變間隙放電導致網絡中零序電流分布改變，影響到零序保護的可靠性。可以將零序電壓保護作為防止 主變中性點絕緣破壞的主保護，以較短時間快速隔離系統接地故障，還應設置零序過電壓保護作為變壓器繞組引出線或相鄰元件接地故障的后備保護。

一般因為110kV變壓器零序電壓對中性點起到保護作用，因此3U0定值較多情況設定為150-180v中，保護任務完成后有0.3-0.5s延時跳主變各側斷路器。

另外，水平間隙還應滿足：

（1）因接地故障形成局部不接地系統時，間隙可靠動作。

（2）系統以有效接地方式運行發生單相接地時，間隙不應動作。

（3）避雷器的殘壓低于變壓器中性點沖擊耐壓水平的85%。

（4）系統發生單相接地故障時，間隙應可靠動作放電。

【參考文獻】

[1]馬輝，郭小龍.110kV單相接地致主變中性點擊穿原因[J].高電壓技術，2001：61-62.

[2]JB/T5894-91，交流無間隙金屬氧化物避雷器使用導則[S].