線路非全相運(yùn)行的危害分析及防范措施

劉牛 徐波 陳亞新

摘?要：現(xiàn)有的110kV變電站110kV進(jìn)線都配有重合閘裝置，當(dāng)線路故障后發(fā)生非全相運(yùn)行時(shí)，重合閘也能動(dòng)作成功，這時(shí)如何預(yù)防線路非全相運(yùn)行對(duì)變壓器絕緣和倒閘操作的危害，是當(dāng)前運(yùn)維人員需要特別注意的問(wèn)題。該文通過(guò)對(duì)非全相運(yùn)行危害的分析，提出線路非全相運(yùn)行時(shí)變壓器保護(hù)配置和運(yùn)維倒閘操作注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：非全相;絕緣;保護(hù)配置

現(xiàn)有110kV變電站的110kV進(jìn)線對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)一般配有重合閘裝置，線路發(fā)生故障時(shí)，重合閘裝置正常動(dòng)作。當(dāng)線路發(fā)生永久性故障時(shí)，則重合不成;當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)性故障或者斷線非全相運(yùn)行時(shí)，則重合成功。由于線路故障斷線非全相運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)不接地變壓器的中性點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生高壓，而110kV及以上變壓器主要采用分級(jí)絕緣工藝，所以線路非全相運(yùn)行勢(shì)必對(duì)變壓器安全運(yùn)行造成影響。

1?非全相運(yùn)行的產(chǎn)生

220kV及以上開(kāi)關(guān)一般采用分相操動(dòng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)線路發(fā)生單相接地和兩相接地時(shí)，根據(jù)具體的重合閘方式選擇，可進(jìn)行單重、多重或綜重方式。當(dāng)采用單重或綜重方式時(shí)，在線路發(fā)生單相接地跳閘后重合閘前線路處于非全相運(yùn)行狀態(tài)。110kV及以下開(kāi)關(guān)則一般采用三相聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般在線路開(kāi)關(guān)合閘不同期或線路出現(xiàn)斷線故障時(shí)，會(huì)出現(xiàn)線路非全相運(yùn)行狀態(tài)。

2?非全相運(yùn)行的危害

從變壓器的絕緣角度來(lái)說(shuō)，電力系統(tǒng)中運(yùn)行的變壓器分為全絕緣和半絕緣變壓器，對(duì)于全絕緣變壓器其中性點(diǎn)絕緣水平與相線端絕緣水平相同，但對(duì)于半絕緣變壓器其中性點(diǎn)絕緣水平比相線端低得多（我國(guó)110kV變壓器中性點(diǎn)用35kV、44kV、60kV級(jí)絕緣[1]，220kV變壓器中性點(diǎn)用110kV級(jí)絕緣，330kV變壓器中性點(diǎn)用154kV級(jí)絕緣）。110kV及以上系統(tǒng)考慮到絕緣成本問(wèn)題一般變壓器采用分級(jí)絕緣工藝，變壓器中性點(diǎn)適宜直接接地，而為了減少短路發(fā)生時(shí)的零序電流，往往采取將部分變壓器中性點(diǎn)直接接地，其他變壓器中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式。對(duì)于有效接地系統(tǒng)，變壓器中性點(diǎn)是直接接地的，其中性點(diǎn)不需要采取過(guò)電壓保護(hù)措施，而對(duì)中性點(diǎn)不接地的變壓器，中性點(diǎn)絕緣就必須采取過(guò)電壓保護(hù)。當(dāng)雷電波從線路侵入變電站到達(dá)變壓器中性點(diǎn)以及系統(tǒng)單相接地、非全相運(yùn)行、特別是伴隨產(chǎn)生變壓器勵(lì)磁電感與線路對(duì)地電容諧振時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的雷電過(guò)電壓或工頻暫態(tài)過(guò)電壓，對(duì)分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)構(gòu)成威脅，甚至是絕緣損壞。

2.1?故障時(shí)變壓器中性點(diǎn)的電壓

在大電流接地系統(tǒng)中，并非所有變壓器中性點(diǎn)都接地，對(duì)于中性點(diǎn)接地的變壓器，其中性點(diǎn)固定為地電位;對(duì)于中性點(diǎn)不接地的變壓器，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地和非全相運(yùn)行時(shí)，變壓器中性點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生高電壓。

2.1.1?中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地

中性點(diǎn)不接地的變壓器的中性點(diǎn)電壓U0與接地系數(shù)k有關(guān)：

U0=kk+2Uφ（1）

其中：Uφ為最高運(yùn)行相電壓，取121/3kV即70kV（以110kV系統(tǒng)為例），接地系數(shù)k=x0/x1（x0為零序阻抗，x1為正序阻抗），其值一般在1.5與3.0之間。

根據(jù)式（1），當(dāng)k=3時(shí)，可計(jì)算出變壓器的最大中性點(diǎn)電壓U0為42kV。

接地發(fā)生時(shí)，變壓器放電間隙的工頻耐壓值應(yīng)高于變壓器的中性點(diǎn)電壓值，防止線路單相接地時(shí)變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作（對(duì)于低壓側(cè)無(wú)電源的變壓器）。

2.1.2?線路發(fā)生非全相運(yùn)行

當(dāng)變壓器電源進(jìn)線發(fā)生斷線非全相運(yùn)行時(shí)，變壓器中性點(diǎn)上會(huì)產(chǎn)生近似為相電壓[2]的電壓值，即70kV（121/√3以110kV系統(tǒng)為例），變壓器中性點(diǎn)間隙的選擇應(yīng)滿足間隙工頻耐壓值低于該電壓值。

故110kV變壓器中性點(diǎn)間隙的工頻耐壓值應(yīng)介于42kV與70kV之間，以保證間隙保護(hù)能正確動(dòng)作，而為防止間隙保護(hù)頻繁動(dòng)作，工頻放電電壓值應(yīng)保留有1.5倍左右的裕度[2]。

2.2?對(duì)變壓器絕緣的危害

110kV線路單相接地故障跳閘后線路斷線，線路重合閘重合成功，線路非全相運(yùn)行，中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中未配置有間隙過(guò)流保護(hù)的中性點(diǎn)不接地變壓器放電間隙就會(huì)出現(xiàn)持續(xù)放電現(xiàn)象。隨著持續(xù)放電，采用棒-棒間隙的兩端圓鋼[3]就會(huì)發(fā)生高溫燃燒熔化，導(dǎo)致間隙距離增大，間隙的工頻放電電壓值也會(huì)隨之增大，當(dāng)間隙的工頻放電電壓值大于變壓器中性點(diǎn)電壓時(shí)，間隙處將停止放電，此時(shí)變壓器中性點(diǎn)絕緣將承受相電壓，容易造成變壓器中性點(diǎn)絕緣的損壞。

2.3?對(duì)運(yùn)維倒閘操作的危害

一般出線帶有光伏小電廠的110kV變電站變壓器會(huì)配置有間隙保護(hù)，在110kV線路單相接地故障跳閘，同時(shí)變壓器間隙保護(hù)動(dòng)作跳閘后，線路三相重合閘動(dòng)作重合成功（此時(shí)線路斷線），變壓器停止運(yùn)行。運(yùn)維人員和檢修人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查試驗(yàn)無(wú)異常后準(zhǔn)備送電，現(xiàn)場(chǎng)人員未注意到線路缺相運(yùn)行就執(zhí)行送電操作。而在運(yùn)維倒閘操作票的步驟中，變壓器停送電需要先合上中性點(diǎn)接地閘刀，送電后再拉開(kāi)中性點(diǎn)接地閘刀，以防止操作過(guò)電壓對(duì)變壓器絕緣的損壞。最先合上中性點(diǎn)接地閘刀時(shí)變壓器不帶電，但變壓器送電后發(fā)生非全相運(yùn)行，由于未配置中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)，變壓器非全相運(yùn)行時(shí)未跳閘。此時(shí)變壓器中性點(diǎn)閘刀中存在零序電流，最后拉開(kāi)中性點(diǎn)接地閘刀時(shí)發(fā)生了帶負(fù)荷拉閘刀。

3?非全相運(yùn)行的處理

3.1?開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行

根據(jù)開(kāi)關(guān)發(fā)生不同的非全相運(yùn)行情況，分別采取以下措施：

（1）開(kāi)關(guān)單相自動(dòng)跳閘，造成兩相運(yùn)行時(shí)，如斷相保護(hù)啟動(dòng)的重合閘沒(méi)動(dòng)作，可立即指令現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)合閘一次，合閘不成功則應(yīng)切開(kāi)其余二相開(kāi)關(guān)。

（2）如果開(kāi)關(guān)是兩相斷開(kāi)，應(yīng)立即將開(kāi)關(guān)拉開(kāi)。

（3）如果非全相開(kāi)關(guān)采取以上措施無(wú)法拉開(kāi)或合入時(shí)，則馬上將線路對(duì)側(cè)開(kāi)關(guān)拉開(kāi)，然后到開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)箱就地?cái)嚅_(kāi)開(kāi)關(guān)。

（4）也可以用旁路開(kāi)關(guān)與非全相開(kāi)關(guān)并聯(lián)，用閘刀解開(kāi)非全相開(kāi)關(guān)或用母聯(lián)開(kāi)關(guān)串聯(lián)非全相開(kāi)關(guān)切斷非全相電流。

（5）如果發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行，應(yīng)迅速降低該發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功出力至零，然后進(jìn)行處理。

（6）母聯(lián)開(kāi)關(guān)非全相運(yùn)行時(shí)，應(yīng)立即調(diào)整降低母聯(lián)開(kāi)關(guān)電流，倒為單母線方式運(yùn)行，必要時(shí)應(yīng)將一條母線停電。

3.2?線路非全相運(yùn)行

由于線路非全相運(yùn)行主要對(duì)受電端的主變中性點(diǎn)絕緣造成影響，因此，當(dāng)給主變送電時(shí)發(fā)生線路非全相運(yùn)行時(shí)，變電運(yùn)維人員應(yīng)主動(dòng)觀察線路避雷器泄漏電流示數(shù)或帶電顯示器指示是否正常，發(fā)現(xiàn)一相為零或一相帶電顯示器顯示無(wú)電時(shí)，應(yīng)停止合開(kāi)關(guān)的操作，防止主變非全新運(yùn)行。條件允許時(shí)也可考慮在受電端本側(cè)開(kāi)關(guān)合閘回路中增加電壓判據(jù)，如果出現(xiàn)線路泄漏電流指示為零或帶電顯示器顯示無(wú)電時(shí)，本側(cè)開(kāi)關(guān)無(wú)法合閘，從而可以避免主變非全新運(yùn)行。

4?總結(jié)

上述針對(duì)非全相運(yùn)行的產(chǎn)生與危害進(jìn)行了分析，根據(jù)以上分析，提出以下幾點(diǎn)運(yùn)行注意事項(xiàng)及防范措施。

（1）嚴(yán)格把關(guān)設(shè)備驗(yàn)收，對(duì)變壓器中性點(diǎn)間隙距離進(jìn)行實(shí)際測(cè)量論證[4]，對(duì)棒-棒間隙的鋼棒加工質(zhì)量進(jìn)行在廠監(jiān)造，對(duì)產(chǎn)品用材、加工、運(yùn)輸與安裝質(zhì)量進(jìn)行把關(guān)。

（2）發(fā)生間隙保護(hù)動(dòng)作時(shí)，應(yīng)仔細(xì)檢查設(shè)備狀態(tài)，要求對(duì)重合成功的線路避雷器泄露電流和帶電顯示器進(jìn)行檢查，防止發(fā)生變壓器送電時(shí)的非全相運(yùn)行，避免人員帶負(fù)荷拉中性點(diǎn)接地閘刀;條件允許時(shí)也可考慮在受電端本側(cè)開(kāi)關(guān)合閘回路中增加電壓判據(jù)。

（3）完善變壓器間隙保護(hù)配置，對(duì)110kV變電站變壓器加裝間隙過(guò)流電流保護(hù)、零序電壓保護(hù)和中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)，以防止變壓器絕緣受損和運(yùn)維倒閘操作事故。

（4）加裝高清探頭，針對(duì)處于監(jiān)控死角的設(shè)備特別的是屋頂設(shè)備加裝高清探頭，便于隨時(shí)觀察設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：劉牛（1985—），男，漢族，江蘇句容人，碩士研究生，電力工程技術(shù)工程師，研究方向：電氣工程。