線路遭雷擊引起主變間隙保護(hù)動(dòng)作跳閘停機(jī)事件的分析

唐愛玉，干建麗，程言忠，彭 峻

（1.浙江省水利水電投資集團(tuán)，浙江 杭州 310020；2.浙江浙能水電管理有限公司，浙江 杭州 310009）

0 引言

超高壓電力變壓器均系半絕緣變壓器，即位于中性點(diǎn)附近變壓器繞組部分對(duì)地絕緣比其它部位弱，中性點(diǎn)的絕緣容易被擊穿。主變間隙零序保護(hù)作為主變中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地或經(jīng)小電抗接地運(yùn)行時(shí)的后備保護(hù)，作用就是保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的絕緣安全。但運(yùn)行實(shí)踐表明，因變壓器中性點(diǎn)放電間隙誤擊穿使間隙保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象較多。

2012年4 月，某電站（220kV為雙母線、發(fā)變組為單元接線，一共3個(gè)單元）同桿架設(shè)的220 kV TW線和220 kV JT線開關(guān)C相跳閘重合，同時(shí)2號(hào)主變間隙零序保護(hù)動(dòng)作跳開2號(hào)主變開關(guān)，2號(hào)機(jī)組停機(jī)。

1 事故前運(yùn)行方式

2號(hào)機(jī)發(fā)電運(yùn)行，1號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī)熱備用，1號(hào)主變、3號(hào)主變、220 kV JT線接正母運(yùn)行，2號(hào)主變、220 kV TW線接副母運(yùn)行，1號(hào)主變中性點(diǎn)刀閘在合閘位置，2號(hào)、3號(hào)主變中性點(diǎn)刀閘在斷開位置。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2.1 監(jiān)控報(bào)文檢查情況

2012年4月12日13∶54：39.244，220 kV TW線開關(guān)C相跳閘重合。

2012年4月12日13∶54：39.244，220 kV JT線開關(guān)C相跳閘重合。

2012年4月12日13∶54：39.250，2號(hào)主變間隙零序保護(hù)啟動(dòng)，延時(shí)0.5 s跳主變開關(guān)，并動(dòng)作停機(jī)。

2.2 保護(hù)動(dòng)作檢查情況

2.2.1 220kV JT線保護(hù)動(dòng)作情況

13∶54：39.244 ，220 kV JT線兩側(cè)第一套、第二套線路保護(hù)分相差動(dòng)均動(dòng)作，C相故障，保護(hù)測(cè)距結(jié)果距電站77 km。

13∶54：39.868 ，220 kV JT線開關(guān)C相分位。

13∶54：40.882 ，220 kV JT線RCS-931A重合閘動(dòng)作。

13∶54：40∶971，220 kV JT線開關(guān)C相合位。

2.2.2 220kV TW線保護(hù)動(dòng)作情況

13∶54：39.244 ，220 kV TW線兩側(cè)第一套、第二套線路保護(hù)分相差動(dòng)均動(dòng)作，C相故障，保護(hù)測(cè)距結(jié)果距電站69 km。

13∶54：39 ∶869 ，220 kV TW線開關(guān)C相分位。

13∶54：40.899 ，220 kV TW線CSC-122A重合閘動(dòng)作。

13∶54：40 ∶973 ，220 kV TW線開關(guān)C相合位。

2.2.3 2號(hào)主變保護(hù)動(dòng)作情況

13∶54：40.152 ，2號(hào)主變高壓側(cè)間隙零序電流保護(hù)動(dòng)作，2號(hào)主變220 kV開關(guān)跳閘，2號(hào)機(jī)開關(guān)跳閘。

2.3 主變間隙整定情況

主變間隙零序保護(hù)整定值見表1。

表1 主變間隙零序保護(hù)整定值Table 1:Value setting of main transformer gap protection

2.4 避雷器動(dòng)作檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查220 kV JT線、220 kV TW線C相避雷器，正、副母線C相避雷器均動(dòng)作，3臺(tái)主變高壓側(cè)C相避雷器、3號(hào)主變中性點(diǎn)避雷器計(jì)數(shù)器均顯示動(dòng)作一次。1號(hào)主變中性點(diǎn)接地、中性點(diǎn)避雷器未動(dòng)作，2號(hào)主變中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)避雷器未動(dòng)作、間隙動(dòng)作。

正母、副母、主變高壓側(cè)避雷器型號(hào)Y10W-204/532，線路避雷器的型號(hào)為HY10W-204/532，主變中性點(diǎn)避雷器型號(hào)Y15W1-144/320。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)：1號(hào)主變中性點(diǎn)放電間隙350 mm，2號(hào)主變中性點(diǎn)放電間隙355mm，3號(hào)主變中性點(diǎn)放電間隙375mm。

2.5 故障后線路巡查情況

220 kV JT線為A局與B局共管線路，A局管轄范圍為1～68號(hào)，管轄線路長(zhǎng)度為29.881 km，1～33號(hào)與220 kV JW線1～33號(hào)同桿，35號(hào)～68號(hào)與220 kV TW線109～76號(hào)同桿雙回，面大號(hào)在左側(cè)。具體雷電監(jiān)測(cè)查詢結(jié)果報(bào)表見表2。

220 kV TW線為A局與B局共管線路，A局管轄范圍為76～109號(hào)，管轄線路長(zhǎng)度為24.596 km，76～109號(hào)與220 kV JT線68～35號(hào)同桿雙回、110～129號(hào)與220 kV JW線34～53號(hào)同桿雙回，面大號(hào)在左側(cè)。具體雷電監(jiān)測(cè)查詢結(jié)果報(bào)表見表3。

根據(jù)雷電顯示進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)220 kV JT線58號(hào)C相小號(hào)側(cè)玻璃絕緣子有雷擊痕跡（與220 kV TW線86號(hào)同塔）。桿塔接地電阻9.6Ω。220 kV JT線58號(hào)與220 kV TW線86號(hào)C相小號(hào)側(cè)玻璃絕緣子雷擊情況見圖1～3。

表2 220 kV JT線雷電監(jiān)測(cè)信息查詢結(jié)果報(bào)表Table 2:Query results of lightning monitoring information of 220 kV JT line

表3 220 kV TW線雷電監(jiān)測(cè)信息查詢結(jié)果報(bào)表Table 3:Query results of lightning monitoring information of 220 kV TW line

圖1 220 kV JT線58號(hào)與220 kV TW線86號(hào)同塔Fig.1 Tower 58 of 220 kV JT line and tower 86 of 220 kV TW line is the same tower

圖2 220 kV JT線58號(hào)C相小號(hào)側(cè)玻璃絕緣子有雷擊痕跡Fig.2 Lightning traces on the small side glass insulator of phase C on tower 58 of 220 kV JT line

圖3 220 kV TW線86號(hào)C相小號(hào)側(cè)玻璃絕緣子有雷擊痕跡Fig.3 Lightning traces on the small side glass insulator of phase C on tower 86 of 220 kV TW line

3 故障分析

3.1 220 kV JT線和220 kV TW線同塔雙回線路雷擊同跳原因分析

從線路巡查情況和雷電監(jiān)測(cè)信息查詢結(jié)果可知，2012年4月12日13∶54：39.244 8，有一幅值為195.3 kA的正極性雷直擊220 kV JT線58號(hào)塔（與220 kV TW線86號(hào)同塔），遠(yuǎn)超220 kV線路耐雷水平的設(shè)計(jì)值75～110 kA，反擊導(dǎo)致該塔220 kV JT線C相和220 kV TW線C相玻璃絕緣子均遭雷擊閃絡(luò)，發(fā)生瞬時(shí)接地故障跳閘。

3.2 2號(hào)主變跳閘原因分析

2012年4月12日下午雷雨天氣，220 kV JT線C相和220 kV TW線C相玻璃絕緣子雷擊閃絡(luò)之前，因雷擊引起的雷電過電壓波沿兩回220 kV輸電線路C相線侵入電站升壓站，導(dǎo)致兩條線路C相避雷器、正、副母線C相避雷器和3臺(tái)主變高壓側(cè)C相避雷器均動(dòng)作，2號(hào)主變中性點(diǎn)保護(hù)間隙動(dòng)作，3號(hào)主變中性點(diǎn)避雷器動(dòng)作。

220 kV JT線和220 kV TW線C相發(fā)生接地故障，在重合閘動(dòng)作之前，中性點(diǎn)保護(hù)間隙動(dòng)作時(shí)間超過了零序電流保護(hù)定值0.5 s，0.5 s時(shí)限出口，跳開2號(hào)主變兩側(cè)開關(guān)，2號(hào)機(jī)事故停機(jī)。

2號(hào)主變中性點(diǎn)保護(hù)間隙動(dòng)作有以下兩個(gè)原因：

（1）由于外部雷電過電壓侵入波導(dǎo)致中性點(diǎn)間隙擊穿。線路遭雷擊導(dǎo)致主變壓器單相或多相進(jìn)波時(shí)，中性點(diǎn)將出現(xiàn)較高的雷電過電壓，超過間隙動(dòng)作電壓時(shí)，間隙擊穿以保護(hù)中性點(diǎn)絕緣。

（2）故障線路跳閘，沒有重合之前，系統(tǒng)非全相運(yùn)行，在主變中性點(diǎn)產(chǎn)生內(nèi)部電磁振蕩過電壓，造成間隙擊穿。

4 改進(jìn)措施

4.1 中性點(diǎn)間隙距離整定

中性點(diǎn)間隙距離整定的基本原則是，當(dāng)主變壓器中性點(diǎn)出現(xiàn)危險(xiǎn)的工頻穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)過電壓和鐵磁諧振過電壓時(shí)，間隙應(yīng)動(dòng)作，否則間隙不應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)應(yīng)兼顧主變壓器中性點(diǎn)雷電過電壓的保護(hù)要求?？删C合以下方面確定間隙距離：

（1）因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)，在工頻穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)過電壓下間隙應(yīng)動(dòng)作（決定間隙最大距離）；

（2）系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障，在工頻穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)過電壓下間隙不應(yīng)動(dòng)作（決定間隙最小距離）；

（3）間隙標(biāo)準(zhǔn)雷電波動(dòng)作電壓應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)雷電波耐受值0.85倍。根據(jù)原設(shè)計(jì)單位核算，電站變壓器220 kV中性點(diǎn)間隙距離取250～350 mm。因此，1號(hào)主變中性點(diǎn)放電間隙350 mm和2號(hào)主變中性點(diǎn)放電間隙355 mm是合適的；但3號(hào)主變中性點(diǎn)放電間隙375 mm可以適當(dāng)往減少方向調(diào)整。

4.2 主變中性點(diǎn)間隙零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)限延長(zhǎng)

線路（雷擊）單相接地故障大多為瞬時(shí)故障，重合成功率較高，很多故障線路單相跳閘后均重合成功，但主變壓器卻在線路重合前跳閘，延長(zhǎng)主變中性點(diǎn)保護(hù)間隙零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)限躲開線路重合閘，則可避免主變壓器誤跳。

按照繼電保護(hù)規(guī)程，線路重合閘時(shí)限一般整定為0.8 s，間隙零序保護(hù)時(shí)限一般整定為0.5 s，考慮到繼電保護(hù)裝置固有時(shí)延和開關(guān)合閘時(shí)延，建議將主變中性點(diǎn)間隙零序保護(hù)動(dòng)作時(shí)限延長(zhǎng)至1.2 s（經(jīng)核算保護(hù)動(dòng)作時(shí)限延長(zhǎng)后，主變中性點(diǎn)絕緣損壞可控），則可避免線路故障消除、重合閘成功而因主變跳閘仍無法及時(shí)恢復(fù)供電的情況。

2號(hào)主變高壓側(cè)間隙零序電流為18.35A（二次側(cè)故障電流）。2號(hào)主變高壓側(cè)間隙零序電流保護(hù)定值可以不調(diào)整。

4.3 三臺(tái)主變中性點(diǎn)均直接接地

電站遠(yuǎn)離負(fù)荷中心且是末端，三臺(tái)主變中性點(diǎn)直接接地和一臺(tái)主變中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，經(jīng)過整定計(jì)算，對(duì)大系統(tǒng)的短路電流影響不大，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)影響在可控范圍內(nèi)，這樣采用三臺(tái)主變中性點(diǎn)直接接地更合適。

5 結(jié)語

分析了一起線路遭雷擊故障切除后，造成主變間隙零序保護(hù)不必要?jiǎng)幼鞯脑?，并提出了改進(jìn)措施，能有效防止類似事件的再次發(fā)生，有助于提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，對(duì)類似情況有參考意義。

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[4]原電力工業(yè)部.DL/T 620-1997，交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].1997.