在分析干式變壓器零序保護(hù)配置的基礎(chǔ)上，對廈門電網(wǎng)110千伏干式變壓器零序保護(hù)設(shè)計(jì)中的中性點(diǎn)過電壓、接地方式的控制及安全隱患進(jìn)行了探討，并提出了消除部分中性點(diǎn)棒間隙、提高干式變壓器零序保護(hù)配合的措施。關(guān)鍵詞：干式變壓器；中性點(diǎn)；零序保護(hù)

變壓器中性點(diǎn)接地方式與零序保護(hù)匹配

黃建明(中廈門361004廈門電業(yè)局)

本文通過對變壓器零序保護(hù)的分析，對廈門地區(qū)110千伏變壓器中性點(diǎn)過電壓問題、中性點(diǎn)接地方式控制及110千伏變壓器零序保護(hù)設(shè)計(jì)中的安全問題進(jìn)行了初步探討。提出了通過消除中性點(diǎn)間隙來提高變壓器零序保護(hù)匹配性的解決方案。Keywords:變壓器；中性點(diǎn)；零序保護(hù)

1干式變壓器零序保護(hù)配置廈門電網(wǎng)目前全部選用分級絕緣的干式變壓器。在多個干式變壓器并聯(lián)運(yùn)行的變電站中，主變壓器中性點(diǎn)一般采用局部接地運(yùn)行方式。對于中性點(diǎn)不接地的干式變壓器，外部故障的后備保護(hù)曾經(jīng)是零序互跳保護(hù)或中性點(diǎn)間隙保護(hù)。1.1零序互跳保護(hù)干式變壓器中性點(diǎn)零序過流動作時(shí)，先跳中性點(diǎn)不接地的干式變壓器保護(hù)方式，稱為零序互跳。如圖1所示，兩臺主變壓器并聯(lián)運(yùn)行，1號主變壓器中性點(diǎn)接地。K2發(fā)生接地故障時(shí)，1號主變中性點(diǎn)零序過流保護(hù)動作，2號主變高低壓側(cè)開關(guān)較好時(shí)間跳閘，K2故障點(diǎn)被隔離，1號主變恢復(fù)正常運(yùn)行。如果故障點(diǎn)在K1，當(dāng)2號主變壓器在較好時(shí)限跳閘時(shí)，零序過流保護(hù)將在第二時(shí)限跳閘干式變壓器，排除故障。零序互跳保護(hù)的明顯缺點(diǎn)是：選擇性切除故障的概率只有50%；(2)母線故障沒有選擇性，會擴(kuò)大停電范圍；零序過流保護(hù)的時(shí)間整定必須與主相之間的保護(hù)協(xié)調(diào)，不利于保護(hù)整定的協(xié)調(diào)；互跳試驗(yàn)只能在兩臺干式變壓器同時(shí)停機(jī)時(shí)進(jìn)行，因?yàn)殚T檻苛刻，二次接線容易出錯。

圖1干式變壓器并聯(lián)運(yùn)行示意圖

1.2干式變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)為了克服上述缺點(diǎn)，福建省電力調(diào)度公司閩電繼電器[1998]165號文件要求將220 kV主變壓器110 kV側(cè)零序互跳保護(hù)改為間隙保護(hù)。間隙保護(hù)的方法是在干式變壓器中性點(diǎn)安裝放電間隙和間隙電流互感器，由母線電視開三角形零序過壓保護(hù)組成。如圖1所示，仍有兩臺主變壓器并聯(lián)運(yùn)行，1號主變壓器中性點(diǎn)接地。K2點(diǎn)接地時(shí)，1號主變中性點(diǎn)零序過流保護(hù)較好時(shí)間跳100母線開關(guān)，I段母線與故障點(diǎn)隔離，1號主變恢復(fù)正常運(yùn)行。100母線斷路器跳閘后，K2故障點(diǎn)依然存在，2號主變中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)或零序過電壓保護(hù)跳閘干式變壓器實(shí)現(xiàn)故障隔離。同樣，K1點(diǎn)接地時(shí)，1號主變中性點(diǎn)零序過流保護(hù)較好時(shí)間跳閘100母線分支開關(guān)，2號主變與故障點(diǎn)隔離，可繼續(xù)運(yùn)行。但K1故障點(diǎn)依然存在，1號主變零序過流保護(hù)繼續(xù)在第二時(shí)限跳閘干式變壓器，排除故障。因此，采用間隙保護(hù)的明顯優(yōu)點(diǎn)是：(1)作為干式變壓器本體的設(shè)備保護(hù)，不需要與其他保護(hù)配合，整定簡單；動作過程有選擇性，只隔離故障部分，不會擴(kuò)大停電范圍。本文件只要求將220 kV主變壓器110 kV側(cè)零序互跳保護(hù)改為間隙保護(hù)，但沒有規(guī)定110 kV干式變壓器零序保護(hù)的接地方式和配置。對于不同接線類型的110千伏變電站，如何控制干式變壓器中性點(diǎn)接地方式——如何配置零序保護(hù)——特別是如何在110千伏系統(tǒng)中正確應(yīng)用干式變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)——以廈門電網(wǎng)110千伏系統(tǒng)為例，對上述問題進(jìn)行了初步探討。2廈門電網(wǎng)110千伏系統(tǒng)接線及保護(hù)配置特點(diǎn)廈門地區(qū)110千伏系統(tǒng)接線特點(diǎn)以輻射狀為主，以220千伏變電站為供電點(diǎn)，通過110千伏線路輻射到各終端變電站。110千伏終端變電站采用內(nèi)部橋式接線或干式變壓器組接線，低壓側(cè)無電源。如圖2所示，在具有內(nèi)部橋連接的變電站中，在正常操作模式下，100總線子開關(guān)不被用作線路103和104的連接元件。因此，帶內(nèi)橋接線的變電站通常只有兩種運(yùn)行方式：一條線路帶兩個主變壓器或兩條線路帶一個干式變壓器。一線兩變運(yùn)行方式下，兩臺主變壓器只需一個中性點(diǎn)接地，但必須通過110 kV供電線路側(cè)干式變壓器中性點(diǎn)接地，這一點(diǎn)非常重要。內(nèi)橋接線變電站干式變壓器電流零序保護(hù)配置 #p#分頁標(biāo)題#e#

為：中性點(diǎn)零序電流保護(hù)較好時(shí)限跳100和900母分；第二時(shí)限跳本干式變壓器；同時(shí)，干式變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)棒間隙，但沒有配置間隙TA以及開三角電壓保護(hù)。

圖2 內(nèi)橋接線變電站示意圖

為了節(jié)省投資、占地，節(jié)約110 kV線路空中走廊等原因，新建設(shè)的110 kV變電站較多采用線路-干式變壓器組接線，而且1條線路可“T”接2臺甚至3臺干式變壓器，干式變壓器零序保護(hù)僅有中性點(diǎn)零序過電流保護(hù)，沒有配置中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及110 kV TV開三角零序電壓保護(hù)(主變110 kV側(cè)只有單相線路TV)。由于零序保護(hù)配置不夠完整，在多臺“T”接的線路-干式變壓器組接線中，各干式變壓器中性點(diǎn)仍全部接地運(yùn)行。但是，干式變壓器中性點(diǎn)全部接地運(yùn)行對系統(tǒng)具有一定的負(fù)面影響。 (1) 在部分線路或干式變壓器檢修、停運(yùn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，零序網(wǎng)絡(luò)及零序阻抗值發(fā)生較大的變化，各支路零序電流大小及分布也會產(chǎn)生較大的變化。從保護(hù)整定配合出發(fā)，則要求保持變電站零序阻抗基本不變。 (2) 在干式變壓器投入運(yùn)行或線路重合閘過程中，有時(shí)會使在同一線路上運(yùn)行的中性點(diǎn)接地干式變壓器產(chǎn)生由勵磁涌流引起的，幅值較大而且衰減較慢，并帶有較大直流分量的零序電流。較容易造成送電不成功或重合閘不成功。 (3) 干式變壓器中性點(diǎn)全部接地，使系統(tǒng)零序阻抗大幅度降低，由此造成不對稱接地故障短路電流明顯增大。在廈門地區(qū)，因?yàn)槔讚?、不對稱接地故障干擾二次設(shè)備，造成保護(hù)裝置誤動以及損壞通信設(shè)備的事故仍時(shí)有發(fā)生。因此，有效接地系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用部分干式變壓器中性點(diǎn)接地方式，以限制單相接地短路電流，降低對通信系統(tǒng)的干擾。3 110 kV干式變壓器中性點(diǎn)過電壓水平計(jì)算 對于各種不同接線類型的網(wǎng)絡(luò)，從接地故障復(fù)合序網(wǎng)可知，單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)穩(wěn)態(tài)零序電壓為

(1)

兩相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)穩(wěn)態(tài)零序電壓為

(2)

從(1)，(2)式可以看出，不對稱接地故障時(shí)產(chǎn)生的零序電壓取決于系統(tǒng)零序阻抗Z0與正序阻抗Z1之比。當(dāng)Z0/Z1增大時(shí)，接地故障時(shí)產(chǎn)生的零序電壓亦相應(yīng)增大。在電力系統(tǒng)中，有效接地系統(tǒng)的劃分標(biāo)準(zhǔn)為：在各種條件下，應(yīng)使零序阻抗與正序阻抗之比為正值且 3；當(dāng)Z0/Z1≥3甚至Z0=∞時(shí)，則成為非有效接地系統(tǒng)。對于某一具體電網(wǎng)而言，在不對稱接地故障時(shí)，如果零序電流無法形成通路，亦即在該網(wǎng)絡(luò)中所有干式變壓器同時(shí)失去接地中性點(diǎn)時(shí)，這個網(wǎng)絡(luò)就成為局部不接地系統(tǒng)，Z0=∞。從(1)式可知，不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)零序電壓等于系統(tǒng)故障前相電壓Uφ。 通過對不對稱故障正序、零序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行簡單的分析可知，在110 kV系統(tǒng)中，只要保證電源端干式變壓器中性點(diǎn)有效接地，那么在各種條件下，零序阻抗與正序阻抗之比一定小于3。具體到廈門地區(qū)，只要保證220 kV干式變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)有效接地，那么以該干式變壓器配出的110 kV網(wǎng)絡(luò)就一定是有效接地系統(tǒng)，Z0/Z1 3。若以Z0/Z1=3、系統(tǒng)相電壓U=73.0 kV代入(1)式可以算出在單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)零序U0為43.8 kV。因此，在110 kV有效接地系統(tǒng)中，不接地干式變壓器中性點(diǎn)較大對地偏移電壓 43.8 kV，小于分級絕緣干式變壓器中性點(diǎn)的設(shè)計(jì)耐壓值。 由此可以得出結(jié)論：對于目前廈門地區(qū)110 kV系統(tǒng)，在保證220 kV干式變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)有效接地的情況下，各110 kV終端干式變壓器中性點(diǎn)是否接地與系統(tǒng)及干式變壓器本體的安全運(yùn)行沒有關(guān)系。4 110 kV干式變壓器零序保護(hù)存在的問題 在有效接地系統(tǒng)中，干式變壓器中性點(diǎn)對地偏移電壓被限制在一定的水平，中性點(diǎn)間隙保護(hù)不會產(chǎn)生作用。配置間隙保護(hù)的目的，是為了防止非有效接地系統(tǒng)中零序電壓升高對干式變壓器絕緣造成的危害。只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，有關(guān)的中性點(diǎn)直接接地干式變壓器全部跳閘，而帶電源的中性點(diǎn)不接地干式變壓器仍保留在故障電網(wǎng)中時(shí)，放電間隙才放電，以降低對地電壓，避免對干式變壓器絕緣造成危害。間隙擊穿會產(chǎn)生截波，對干式變壓器匝間絕緣不利，因此，在單相接地故障引起零序電壓升高時(shí)，我們更希望由零序過電壓保護(hù)完成切除干式變壓器的任務(wù)。相反，間隙電流保護(hù)則存在一定程度的偶然性，可能因種種原因使間隙電流保護(hù)失去作用，從這個意義講，對于保護(hù)干式變壓器中性點(diǎn)絕緣而言，零序過電壓保護(hù)比間隙電流保護(hù)更重要，零序過電壓保護(hù)通常和間隙電流保護(hù)一起共同構(gòu)成干式變壓器中性點(diǎn)絕緣保護(hù)。所以僅設(shè)置間隙電流保護(hù)而沒有零序過電壓保護(hù)是不夠完善的，特別是當(dāng)間歇性擊穿時(shí)，放電電流無法持續(xù)，間隙電流保護(hù)將不起作用。 目前已經(jīng)投運(yùn)的110 kV變電站，大多數(shù)只裝設(shè)中性點(diǎn)棒間隙而沒有相應(yīng)的保護(hù)，這種配置有弊無利，當(dāng)電網(wǎng)零序電壓升高到接近額定相電壓時(shí)，所有中性點(diǎn)不接地的干式變壓器均同時(shí)感受到零序過電壓。如果沒有采用間隙過流保護(hù)的終端干式變壓器中性點(diǎn)間隙搶先放電，當(dāng)無法持續(xù)放電時(shí)，則帶電源的中性點(diǎn)不接地干式變壓器將無法脫離故障電網(wǎng)。因此，對于低壓側(cè)無電源的終端干式變壓器，如果沒有配置完整的間隙電流保護(hù)及零序過電壓保護(hù)，應(yīng)解除中性點(diǎn)棒間隙或人為增大間隙距離，避免間隙搶先放電。 對于內(nèi)橋接線的變電站，中性點(diǎn)接地干式變壓器零序電流較好時(shí)限跳900和100母分不是較佳的方案。由于在低壓側(cè)并列運(yùn)行時(shí)，跳900開關(guān)后多損失一段母線，同時(shí)中性點(diǎn)不接地干式變壓器低壓側(cè)開關(guān)仍運(yùn)行，在目前沒有零序過電壓保護(hù)的情況下，若因10 kV轉(zhuǎn)電等原因存在臨時(shí)低壓電源，則不接地干式變壓器就存在過電壓的危險(xiǎn)。因此，在110 kV側(cè)已裝設(shè)三相電壓互感器的前提下，增加零序過電壓保護(hù)是簡便易行的安全措施。5 干式變壓器中性點(diǎn)接地方式控制以及零序保護(hù)改進(jìn)措施先先是要確保110 kV系統(tǒng)為有效接地系統(tǒng)。防止誤操作是較根本的辦法，保證電源端干式變壓器110 kV側(cè)中性點(diǎn)有效接地。如果保護(hù)整定許可，可以將電源側(cè)2臺并列運(yùn)行的干式變壓器中性點(diǎn)同時(shí)接地。 帶電源干式變壓器失去接地中性點(diǎn)后可能成為非有效接地系統(tǒng)，因此，對于電源端干式變壓器或者將來可能帶電源的干式變壓器，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮配置完整的中性點(diǎn)間隙保護(hù)，包括中性點(diǎn)零序過電流保護(hù)，中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及母線開三角零序電壓保護(hù)。 在110 kV饋出線路上，不論并接幾臺干式變壓器，在電源側(cè)中性點(diǎn)接地的情況下，各終端干式變壓器中性點(diǎn)可以不接地運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，為防止可能出現(xiàn)的不安全因素，可安排其中一臺中性點(diǎn)接地，在選擇接地中性點(diǎn)時(shí)，可按以下順序考慮：先先選擇低壓側(cè)臨時(shí)帶電源的干式變壓器，其次考慮高壓側(cè)沒有斷路器的干式變壓器，較后選擇離電源端距離較短的干式變壓器中性點(diǎn)接地即可。 已經(jīng)投入運(yùn)行的大部分110 kV終端變電站，由于目前尚未配置母線TV開三角零序電壓保護(hù)以及中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)，為避免中性點(diǎn)間隙搶先放電，應(yīng)將原先裝設(shè)的中性點(diǎn)棒間隙拆除或人為增大間隙距離。 今后設(shè)計(jì)的110 kV變電站，高壓側(cè)宜考慮采用三相電壓互感器，設(shè)置零序過電壓保護(hù)和干式變壓器中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)。這種配置可以提供靈活的運(yùn)行方式，適應(yīng)將來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化。 對于內(nèi)橋接線變電站，主變中性點(diǎn)零序電流保護(hù)較好時(shí)限應(yīng)切除另一臺不接地干式變壓器，避免擴(kuò)大停電范圍或者可能出現(xiàn)的工頻過電壓。#p#分頁標(biāo)題#e#

作者簡介：黃堅(jiān)明(1965-)，男，工程師，繼電保護(hù)專責(zé)，曾從事繼電保護(hù)調(diào)試、設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等工作。

作者單位：(廈門電業(yè)局，福建 廈門 361004)