發電廠變壓器零序保護跳閘出口方式分析

張國超，許重慶，劉 春

(湖北清江水電開發有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

電力系統變壓器的零序電流保護，設置在變壓器的大電流系統側，作為該側繞組及外部接地故障的后備保護。對于一般變壓器，零序電流保護接于變壓器中性點的電流互感器回路中；對于自耦變壓器，零序電流保護必須接于零序電流濾過器回路中。220 kV系統的變壓器，它們的中性點僅部分直接接地，另一部分變壓器的中性點不接地運行。對于這類變壓器的接地后備保護，動作以后應首先跳開有關的不接地變壓器，然后再跳開直接接地的變壓器，目的是防止中性點不接地系統發生接地短路時，故障點的間歇性弧光過電壓可能危及電氣設備的安全，但這種跳閘方式有可能造成全廠所有變壓器被切，后果嚴重[1]。本文以實際案例說明發電廠在特殊主接線方式下合理選擇主變零序保護跳閘方式或跳閘點可以有效避免發電廠事故擴大化。

1 案例分析

清江高壩洲電廠位于湖北宜都市境內，是清江干流三個梯級電站最下游的一級，為隔河巖電廠的反調節電廠。電廠共安裝三臺軸流轉槳式水輪發電機組，三臺主變壓器均為全絕緣變壓器，布置于下游尾水平臺上，電氣主接線為擴大單元橋型接線，如圖1所示，兩回引出線電壓等級均為220 kV。每臺發變組均配置雙重化微機保護裝置，其中變壓器零序保護分為主變零序電流保護、主變零序電壓保護以及主變間隙零序電流保護。當變壓器高壓側中性點直接接地運行時，投變壓器零序過流保護，退變壓器間隙保護；變壓器高壓側中性點經間隙接地運行時，退變壓器零序過流保護，投變壓器零序電壓保護及主變間隙電流保護。依據華中電網調度控制運行管理細則要求：高壩洲電廠三臺主變壓器接地方式規定在合環運行方式時選擇02B變直接接地。若02B變停運，可選01B或03B直接接地；在開環運行方式時分為兩部分，每部分一臺變壓器中性點直接接地運行， 其它變壓器中性點經間隙接地運行。

圖1 電氣主接線圖

1.1 主變零序電流保護

依據湖北省中調文件《湖北電網220 kV及以上“六統一”變壓器高壓側中性點保護整定計算原則》的規定進行整定計算，高壩洲電廠主變零序過流Ⅰ段按保220 kV母線接地故障有靈敏度整定，靈敏度系數取1.5。零序過流Ⅰ段共2個時限；零序過流Ⅰ段1時限按與出線接地距離保護Ⅱ段時間配合整定，取3.0 s，跳220 kV母聯開關；零序電流Ⅰ段2時限按與出線零序電流保護Ⅱ段時間配合整定，取4.3 s，跳變壓器220 kV側開關。零序過流Ⅱ段按與高壓倒出線零序電流保護Ⅲ段配合整定，取300 A，零序過流Ⅱ段共1個時限按與出線零序電流保護Ⅲ段時間配合整定，取5 s，跳變壓器各側開關。

1.2 主變間隙零序電流保護

零序電流元件3I0的動作電流，根據放電電流的經驗數據整定，一般一次動作電流取為100 A。所以零序電流定值一次值3I0=100 A。

高壩洲電廠現場CT實際變比為：300 A/1 A，故主變間隙零序電流定值3I0取0.33 A(主變中性點不接地時的保護定值)，間隙過流保護時間取1.5 s，跳變壓器高壓側開關。

1.3 主變零序電壓保護

對于中性點直接接地運行的變壓器零序保護，零序電流保護只能切除中性點直接接地的變壓器。當單相接地故障點在中性點不直接接地的變壓器高壓側時，直接接地運行變壓器的零序保護無法將中性點不接地的變壓器切除。這樣便有可能將220 kV系統短時成為中性點不接地系統，中性點電位升高而絕緣被擊穿。為此考慮用零序電壓反應變壓器中性點不接地運行時，發生單相接地時的接地保護。高壩洲電廠的中性點直接接地系統中并列運行的中性點不接地(經放電間隙接地)主變壓器的過電壓保護，主變零序電壓保護接三組220 kV母線電壓互感器的3U0繞組。根據《湖北電網繼電保護整定計算導則》及參照相關工程案例，零序電壓元件3U0的動作電壓取180 V；延時0.5 s動作出口；跳主變高壓側開關。

若依據變壓器的接地后備保護動作以后應首先跳開有關的不接地變壓器，然后再跳開直接接地的變壓器原則，則在正常接地運行方式下發生接地以后，將短延時跳開高21、高23開關，此時故障依然存在，則長延時跳開高22開關，這種方式顯然不合理，直接造成三臺主變全部被切，后果嚴重。

根據高壩洲電廠發變組保護定值整定計算書，主變壓器零序保護出口方式，如表1所示，其中二號主變(02B)零序電流保護跳閘出口方式為短延時跳高22開關、長延時跳高22、高02開關，即短延時切除中性點接地的變壓器，長延時切除變壓器各側斷路器。這種方式仍有可能造成全廠所有變壓器全部被切，擴大了事故[2]停電范圍。

表1 變壓器零序電流保護跳閘出口方式表

如圖2所示，考慮三臺主變均按正常投運情況下，即02B直接接地、01、03B經間隙接地，發生接地故障以后如按先切除接地的變壓器原則，則K1、K2、K3、K5等點發生接地短路時，三臺變壓器有五分之四的機會可能出現全停，如表2所示。

圖2 故障點示意圖

表2 短路點故障分析表

舉例說明：K1、K2點發生接地故障，線路接地距離保護由于特殊原因拒動，二號主變零序電流保護(線路接地后備保護)短延時跳開高22開關，切除02B，二號機組甩負荷過速停機，此時，系統中性點接地點被切除，電廠成為不接地系統，但線路接地故障仍存在，則Ⅰ母和Ⅲ母PT開口三角零序電壓升高至300 V，01B、03B主變零序電壓保護(動作值180 V，0.5 s)動作出口跳開高21、高23開關，切除01B、03B(或者由主變間隙零序電壓電流保護動作出口)，一、三號機組甩負荷過速停機，最終造成電廠三臺機組全停，三臺主變全部被切，且喪失電廠一路最重要廠用電的嚴重后果。同理，K3(K5)點發生接地故障，二號主變零序電流保護短延時切除02B，而01B、03B主變零序電壓保護動作出口切除01B、03B。

綜合以上兩種跳閘方式，不管是先切除接地的變壓器，還是先切除不接地的變壓器，都有可能造成發電廠全停事故，而若將主變零序電流保護跳閘出口方式更改為短延時跳高24開關(或者跳高25開關)、長延時跳高22、高02開關，則三臺主變不會出現全停的情況，如表3所示。

表3 優化后故障分析表

舉例說明：K1點故障，線路接地距離保護由于某種原因拒動，二號主變零序電流保護短延時切除高24開關，此時系統被分為兩部分，二號機組通過高柑二回線送電，因故障點在高柑二回線路上，而01B中性點未接地，則零序電壓可能升高至保護動作，出口跳開高21開關，切除01B，故障被隔離；而二、三號機組通過高柑一回線正常送電，廠用電也得到保障。K2點故障時，二號主變零序電流保護短延時切除高24開關，01B被隔離開后恢復正常運行，二號主變零序電流保護長延時切除02B后，03B主變零序電壓保護動作跳開高23開關。

以上五個故障點均不會造成電廠三臺變壓器全部被切除。

2 結 語

在中性點直接接地的電網中，若變壓器直接接地運行，在發生接地故障時，主變零序電流保護應以較短延時動作于縮小影響范圍，先斷開母聯或分段斷路器，再以較長延時斷開本側斷路器，最后斷開其它各側斷路器。

在主變壓器零序電流保護的設計和出口方式整定中，應充分考慮特殊主接線方式和實際運行方式下的特殊性，決不能生搬硬套，一概而論，簡單的依據主變零序保護動作后先切除不接地的變壓器，再切除接地的變壓器原則顯然是不合理的。在確保繼電保護選擇性、靈敏性、速動性、可靠性的基礎上，合理選擇保護裝置的跳閘方式和跳閘點可以有效避免發電廠的事故擴大化。