一起變電站間隙保護誤動作與改進措施研究

摘要：本文分析了變壓器間隙保護的原理，以某110kV變電站由于末端電網存在儲能元件而發生間隙保護誤動作為例，提出改進措施。

關鍵詞：變壓器;間隙保護;誤動作

0引言

由于電網結構設計不合理，部分變電站出線側存在電容器、電容式電壓互感器、電機等儲能元件，一旦電源線路上發生單相接地故障，線路電源側斷路器跳閘，在未重合前，孤立出來的末端電網系統中的儲能元件將向系統釋放能量。而此時由于進線線路上接地故障的存在，形成了不接地系統發生單相接地故障。因此主變中性點承受很高的零序電壓，導致主變間隙保護動作，跳開主變各側斷路器。當進線電源側斷路器達到重合閘時間重合成功后，由于主變跳閘仍無法正常供出負荷，嚴重影響供電可靠性。為此，要進行深入分析，尋求改進措施，確保電網穩定運行，減少負荷損失。

1變壓器中性點接地方式

在電網實際運行中，變壓器的中性點主要有三種工作方式：第一種是直接接地運行;第二種是不接地運行;第三種是部分接地運行，主要是用于多臺變壓器并列運行時。中性點直接接地運行的變壓器的后備保護一般為零序電流保護，零序電流則由零序電流互感器取得（安裝于中性點的引出線上），另外，還應增設零序功率方向元件。而中性點不接地運行的變壓器，一般在中性點處需要加放電間隙，同時增設零序電壓和零序電流作為放電間隙的后備保護。

（1）中性點直接接地運行

在電力系統中，諸多的變壓器采用中性點直接接地運行的方式，該方式運行下應裝設零序電流保護作為變壓器接地后備保護。零序電流通常取自變壓器中性點引出線上的零序電流互感器。通常，配置兩段式零序過電流保護，配置保護時以減少切除故障后的影響范圍為原則，這兩段零序電流保護各帶兩級時限，根據較短的時限來斷開分段斷路器或母線聯絡斷路器，以縮小故障影響范圍;根據較長的時限有選擇性的動作于斷開變壓器各側斷路器。

（2）中性點部分接地或不接地運行

相關技術規程規定，110kV及以上系統采用中性點直接接地的運行方式。然而當變電站有兩臺或兩臺以上變壓器并列運行的時候，為了節省電網的運行成本和提高系統運行的可靠性，一般只保證一部分變壓器的中性點可靠接地即可，這樣既可以有效限制短路電流，又可以保證不會發生失地現象。這種中性點部分接地或不接地運行的變壓器保護一般配置兩種接地保護：其中第一種采用階段式的兩段式零序電流保護，用于中性點直接接地運行的變壓器的接地保護;另一種采用的接地保護配置與并列運行的變壓器臺數有關，用于中性點直接接地運行的變壓器。

2間隙保護

對于分級絕緣且中性點裝設放電間隙的變壓器，中性點可能直接接地運行，也可能不接地運行，在中性點不接地運行時，配置間隙零序過流零序過壓保護作為接地故障的后備保護。

傳統的間隙保護主要由間隙零序過流和零序過壓或出口，經過延時t（0.3s）動作于跳閘，邏輯框圖如下圖。

間隙零序過流保護與零序過壓保護合用一個時間元件，經過同一時間元件跳閘的動作邏輯值得探討：

3案例分析

電網主接線圖如上圖所示，運行方式為進線電源側斷路器運行帶3座末端變電站全站負荷。末端變電站1的10kV兩段母線上各運行1臺容量為1200kvar的電容器，末端變電站3的10kV 2段母線上各運行1臺容量為4800kvar的電容器。3座變電站10kV母線分列運行，100斷路器熱備用。2018年7月12日，110kV電源線路距電源側變電站約650m處發生B相接地故障。17ms后，電源側變電站線路保護距離I段保護動作，零序過流I段保護動作，跳開線路電源側斷路器;1141ms后，重合閘動作（重合閘動作時間定值1s），開關重合成功。在線路電源側開關跳閘到重合閘重合過程中，由于末端3座變電站中性點未接地，110kV系統通過電源線路與電網相連而具有的中性點接地點消失，此時電源線路上B相接地故障仍未消失，孤立的末端電網中儲能元件釋放能量，所以，492ms后末端變電站2的1號主變高后備保護裝置間隙2保護動作（定值為零序電壓180V、間隙電流5A、時限Ⅱ定值0.5s），跳開主變兩側開關。從末端變電站2的1號主變保護裝置錄波圖可以看出，0時刻主變零序電壓228V左右，波形為平頂，電壓互感器飽和，此時主變間隙保護啟動并計時，零序高電壓持續110ms左右主變間隙擊穿，出現很大的間隙電流。從錄波圖分析間隙電流最大值為27.5A左右，并不斷衰減，持續時間為428ms，最小擊穿電流值為16.31A左右，超過間隙電流定值（5A，0.5s），492ms1號主變間隙保護2出口（間隙保護1時限停運），主變保護動作是正確的。查看3座末端變電站其他5臺主變保護均未動作。結合3座末端變電站110kV母線電壓錄波器判斷，其他主變保護未動作是正確的，因為零序電壓大于定值時間為110ms，小于保護動作時限定值，末端變電站2的1號主變間隙擊穿后零序電壓迅速下降至72V左右，間隙保護返回。通過對3座變電站6臺主變間隙距離進行實測，末端變電站1，3主變中性點間隙型式為棒形，4臺主變中性點棒間隙為220mm;末端變電站2的1號主變中性點球間隙為58mm，2號主變中性點球間隙為60mm。擊穿與實際間隙設置相符。線路電源側開關重合后由于末端變電站2的1號主變跳閘，其所帶負荷未及時供出。

4改進措施

（1）對電網中末端變電站增加第二電源進線，增加進線斷路器、電流互感器及保護裝置、備自投裝置，完善和優化電網結構。

（2）電網結構優化能徹底解決問題，但所需時間較長。為了能及時有效解決問題，通過對故障和現有保護裝置配置研究，制定以下解決對策并實施，取得良好效果。實例2中的末端變電站進線無保護，因此根據實際情況制定了利用主變間隙保護實現快速切除末端系統中電容器的辦法來防止主變全停。間隙保護一般有2個時限，整定較短時限來啟動跳閘繼電器的備用出口跳開電容器，整定較長時限跳變壓器各側斷路器。這樣電容器跳開后主變中性點零序電壓降低，間隙保護返回。進線上若為瞬時故障，重合成功后主變正常供電，提高了供電可靠性。

（3）加強對線路出線走廊的保護力度，清除不安全因素。

5結論

變電站的安全穩定運行要求提高專業人員對設備原理的了解，增強發生故障時正確分析與處理問題的能力;應使運行人員掌握設備運維過程中安全措施的制定方法，減少人為造成隱性故障概率。

參考文獻：

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[2]閆新蘭，王國金. 110kV主變間隙保護的整定與運行探討[J]. 江西電力，2008（03）：41-43.

作者簡介：

傅國良，（1975-），男，本科，技師，從事變電運行工作。