一次間隙零序引起主變動(dòng)作事故分析

王 晉

（晉城供電公司,山西 晉城 048000）

變壓器是變電站中的重要設(shè)備，設(shè)備的正常運(yùn)行關(guān)系著電網(wǎng)的穩(wěn)定和該站的可靠供電，為此，對(duì)主變的保護(hù)配置了多種保護(hù)，主要有變壓器的主保護(hù)，如主變差動(dòng)保護(hù)。后備保護(hù)，如過流保護(hù)和間隙保護(hù)，后備保護(hù)一般配置了雙重保護(hù)，就是為了變壓器發(fā)生故障時(shí)候要看可靠動(dòng)作，跳開故障，保護(hù)變壓器。

1 變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)

對(duì)于中性點(diǎn)直接接地的變壓器，裝設(shè)零序電流保護(hù)，作為接地短路故障的后備保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)不接地的半絕緣變壓器，裝設(shè)間隙保護(hù)作為接地短路故障的后備保護(hù)。

所謂半絕緣變壓器即其中性點(diǎn)線圈的對(duì)地絕緣比其他部位低。所以中性點(diǎn)的絕緣容易被擊穿。在電力系統(tǒng)中，希望每條母線上的零序綜合阻抗盡量維持不變，這樣零序電流保護(hù)的保護(hù)范圍也比較穩(wěn)定，因此接在母線上的幾臺(tái)變壓器的中性點(diǎn)采用部分接地，當(dāng)中性點(diǎn)接地變壓器檢修時(shí)，中性點(diǎn)不接地的變壓器再將中性點(diǎn)接地，保持零序綜合阻抗不變。

這樣帶來了一個(gè)新的問題。如果發(fā)生單相接地短路時(shí)所有中性點(diǎn)接地的變壓器都先跳了，而中性點(diǎn)不接地的變壓器還在運(yùn)行。這樣成了一個(gè)小接地電流系統(tǒng)帶單相接地短路運(yùn)行，中性點(diǎn)的電壓將升高到相電壓，對(duì)于半絕緣變壓器中性點(diǎn)的絕緣會(huì)被擊穿。

在20世紀(jì)90年代，為確保變壓器中性點(diǎn)不被損壞，將變電站所有的變壓器零序過流保護(hù)的出口橫向聯(lián)系起來，去啟動(dòng)一個(gè)公用出口部件。通常該出口部件叫做零序公用中間，當(dāng)系統(tǒng)或變壓器內(nèi)部發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)接地變壓器的零序電流保護(hù)動(dòng)作，去啟動(dòng)零序公用中間。零序公用中間啟動(dòng)后，先去跳中性點(diǎn)不接地的變壓器，當(dāng)故障仍然未消失時(shí)再跳中性點(diǎn)接地的變壓器。

運(yùn)行實(shí)踐表明，上述保護(hù)方式存在嚴(yán)重缺點(diǎn)，容易造成全站或全廠一次切除多臺(tái)變壓器，甚至全站全廠大停電。另外，由于各臺(tái)變壓器零序過流保護(hù)之間有了橫向聯(lián)系，使保護(hù)復(fù)雜化，容易造成人為的誤操作，所以這種方法也不被使用。

為了避免系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)不接地變壓器由于某種原因中性點(diǎn)電壓升高造成中性點(diǎn)絕緣的損壞，在變壓器中性點(diǎn)安裝一個(gè)放電間隙，放電間隙的一端接地。當(dāng)中性點(diǎn)電壓升高至一定值時(shí)，放電間隙擊穿接地，保護(hù)了變壓器中性點(diǎn)的絕緣安全。當(dāng)放電間隙擊穿接地后，放電間隙處將流過一個(gè)電流，該電流由于在相當(dāng)于中性點(diǎn)接地的線上流過，所以是電流，利用該電流可以構(gòu)成間隙零序電流保護(hù)。

2 間隙保護(hù)的作用原理

2.1 原理接線

圖1 間隙保護(hù)原理接線圖

2.2 動(dòng)作方程即邏輯框圖

間隙零序電流保護(hù)與零序電壓保護(hù)的動(dòng)作方程為

式中，I0為流過擊穿計(jì)息的電流； 3U0為電壓互感器的開口三角形電壓；I0OP為間隙保護(hù)動(dòng)作電流，通常整定為100A，U0OP為間隙保護(hù)動(dòng)作電壓，通常整定為180V。

保護(hù)邏輯框?yàn)閳D2所示。

圖2 間隙保護(hù)邏輯框圖

由圖2可以看出，當(dāng)間隙零序電流或電壓互感器開口三角零序電壓大于動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，延時(shí)跳開變壓器各側(cè)斷路器。

3 事故分析

3.1 事故前的運(yùn)行情況

該110kV 變電站接線方式為：220kV 側(cè)為單母分段，35kV 側(cè)為單母分段，10kV 側(cè)為單母分段運(yùn)行方式。故障前運(yùn)行方式為：110kV184 線一段運(yùn)行、186 線ΙΙ 段運(yùn)行，分段180 斷路器在合位，1 號(hào)主變181 上Ι 段運(yùn)行，2 號(hào)變上ΙΙ 母運(yùn)行。35kV384線、385 線在35kVΙ 段運(yùn)行；35kVΙΙ 段母線帶388線、389 線運(yùn)行，35kV 母聯(lián)380 斷路器在分位；10kVΙ段母線和ΙΙ 段母線分別帶母線上面的各出線間隔和電容器間隔，分段880 在分位。一次系統(tǒng)的主接線方式如圖3所示。

圖3 變電站系統(tǒng)主接線簡(jiǎn)圖

7月20日14:15:08，一號(hào)主變間隙電流動(dòng)作，先后跳開了主變181 斷路器和分段的180 斷路器，屬于主變的后備保護(hù)，動(dòng)作電流為1.67A，定值為1.25A，故障持續(xù)時(shí)間約30ms。

3.2 1 號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作情況

7月20日14:15:08，1 號(hào)主變后備1 保護(hù)零序間隙保護(hù)動(dòng)作，比率差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，間隙零序電流為0.35Ιe（定值為0.3 Ιe），后備2 保護(hù)啟動(dòng)，從錄波圖上看出110kV 高壓側(cè)C 相電壓忽然變大，產(chǎn)生了很大的過電壓，故障持續(xù)時(shí)間約50ms。后備保護(hù)在14:15:08 634ms 時(shí)動(dòng)作。間隙零序定值為1.67A，一時(shí)限位0.3s，跳180 斷路器，二時(shí)限為0.5s，跳180 斷路器和主變的三側(cè)181、381、881 斷路器。零序電壓定值為150V，時(shí)間為0.5s，跳主變?nèi)齻?cè)斷路器。

根據(jù)濾波圖、保護(hù)啟動(dòng)和動(dòng)作情況，可以看出故障是短時(shí)性的故障，而且，發(fā)生故障后，故障忽然消失，而且故障的電壓是一個(gè)忽然大的電壓直接沖到了主變的高壓側(cè)，當(dāng)時(shí)的天氣情況是雨天，而且伴隨有很大的雷電，有可能是雷電直接沖到了線路上面或者是主變的Ι 段母線上面，在主變的高壓側(cè)產(chǎn)生了瞬時(shí)的過高壓，直接使間隙電流放電，間隙零序保護(hù)動(dòng)作，跳開了與母線相聯(lián)的主變斷路器181 和分段斷路器180，線路184 保護(hù)啟動(dòng)了，但是故障很快的消失，184 過流動(dòng)作啟動(dòng)。

到線路側(cè)檢查，發(fā)現(xiàn)該線路到站內(nèi)的龍門架的架空線上面沒有安裝避雷器，該站為新投運(yùn)變電站，在線路的安裝時(shí)沒有注意到避雷器的安裝重要性，導(dǎo)致在有雷電的時(shí)候，雷電沖擊線路上面，該高壓就順著線路一直進(jìn)了變電站，而母線上面的避雷器沒有聯(lián)接好，導(dǎo)致雷電的高電壓從變壓器的高壓側(cè)中性點(diǎn)間隙放電，主變后備保護(hù)的間隙零序電流動(dòng)作。

4 預(yù)防措施

1）在高壓側(cè)的母線上各出線上面要安裝線路避雷器，這是該站設(shè)計(jì)上面的缺陷。只在母線上安裝了避雷器，沒有在出線側(cè)安裝避雷器，如有線路上的雷電就直接沖到了母線的避雷器和母線聯(lián)接的設(shè)備上。

2）運(yùn)行實(shí)踐表明，曾因變壓器中性點(diǎn)放電間隙誤擊穿致使間隙保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象比較多。因此為了提高間隙保護(hù)的工作可靠性，正確地整定放電間隙的間隙距離是非常必要的

在計(jì)算放電間隙的間隙距離之前，需要確定危及變壓器中性點(diǎn)安全的決定因素。首先要根據(jù)變壓器所在的系統(tǒng)的正序阻抗及零序阻抗的大小，計(jì)算電力系統(tǒng)發(fā)生了接地故障又失去中性點(diǎn)接地時(shí)是否會(huì)危及變壓器中性點(diǎn)絕緣，如果不危及，那么根據(jù)沖擊過電壓來選擇放電間隙的距離。

該站變壓器的間隙稍大，超過了15cm，按照規(guī)程要求，主網(wǎng)站的變壓器，在高壓側(cè)的中性點(diǎn)要求不接地運(yùn)行時(shí)候，110kV 變電站的變壓器間隙零序保護(hù)中的間隙求在10～12cm 之間，可是該變壓器超過了該間隙，事故后進(jìn)行了更改。

3）為了提高間隙保護(hù)的性能，間隙電流互感器的變比應(yīng)較小，由于變壓器零序保護(hù)所用的零序電流互感器變比比較大,故間隙電壓互感器應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。且在投運(yùn)是時(shí)候要進(jìn)行變比級(jí)性試驗(yàn)、高壓試驗(yàn)，保證變壓器在運(yùn)行的時(shí)候有間隙電流時(shí)候可以可靠的動(dòng)作，來保護(hù)變壓器。

5 結(jié)論

變壓器后備保護(hù)零序間隙動(dòng)作，保護(hù)了變壓器的安全的現(xiàn)象多次發(fā)生，可是每次發(fā)生的事故的原因都不太一樣，每次都要分析出事故的發(fā)生原因，多做事故的預(yù)想分析，這樣就可以在今后的安裝或設(shè)計(jì)時(shí)候避免同樣的事情發(fā)生。本次事故的發(fā)生主要就是雷電的原因引起的，說明了設(shè)計(jì)時(shí)候沒有考慮到線路的雷電會(huì)沖到主變上面，引起主變的間隙零序動(dòng)作。通過分析主變的跳閘原因，對(duì)今后變電站的設(shè)備設(shè)計(jì)和安裝做出一個(gè)提示，有很好的實(shí)際意義。

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