變壓器零序保護(hù)與間隙接線原理及運(yùn)行

譚武光，段文學(xué)

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司教育培訓(xùn)評價中心，昆明 650204;(2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司文山供電局，云南 文山 663000)

0 前言

為了改善110 kV 及以上系統(tǒng)接地點(diǎn)的分布和限制接地點(diǎn)數(shù)量，限制系統(tǒng)接地零序電流的數(shù)值。對于安排接地的變電站，當(dāng)兩臺主變并列運(yùn)行時，經(jīng)常采用一臺變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，另一臺變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行，且兩臺變壓器的中性點(diǎn)接地方式需要相互切換。這樣就會出現(xiàn)這樣的問題:110 kV 及以上電壓等級的變壓器中性點(diǎn)的零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)是需要兩種保護(hù)一起投入，還是要隨著中性點(diǎn)運(yùn)行方式的變化而選擇投入零序過流保護(hù)，退出間隙過流保護(hù)，或投入間隙過流保護(hù)，退出零序過流保護(hù)，在云南電網(wǎng)中有的供電局要求零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)一起投入，而不考慮中性點(diǎn)運(yùn)行方式的變化。這樣可以避免運(yùn)行人員發(fā)生二次壓板的誤投、切操作。有的供電局則要求:零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)的投、切應(yīng)隨著變壓器中性點(diǎn)刀閘運(yùn)行方式的變化而做相應(yīng)的改變，即當(dāng)變壓器中性點(diǎn)接地刀閘在合閘運(yùn)行時，應(yīng)投入零序過流保護(hù)，而退出間隙過流保護(hù);當(dāng)變壓器中性點(diǎn)接地刀閘在拉開位置時，應(yīng)投入間隙過流保護(hù)，而退出零序過流保護(hù)。

變電站的變壓器是電力生產(chǎn)的核心設(shè)備，由于其成本較高，故在110 kV 及以上的中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，普遍采用分級絕緣的變壓器。接地短路故障是電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中較常見的故障(約占故障總數(shù)的85%以上)之一。在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，部分變壓器的中性點(diǎn)是直接接地的，零序過流保護(hù)能夠反映變壓器高壓(或中壓)繞組、及引出線上的接地短路故障，并可作為變壓器的主保護(hù)和相鄰母線、線路接地保護(hù)的后備保護(hù)。但為了限制接地短路電流的幅值，還有部分變壓器的中性點(diǎn)采用不接地方式運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障且中性點(diǎn)接地的變壓器跳閘后，電網(wǎng)出現(xiàn)的零序過電壓或諧振過電壓等都會危及這些不接地變壓器的中性點(diǎn)絕緣。為了保護(hù)不接地變壓器的中性點(diǎn)絕緣，變壓器還必須裝設(shè)中性點(diǎn)放電間隙并配置間隙過流保護(hù)。

目前，電力系統(tǒng)中110 kV 及以上的變壓器中性點(diǎn)間隙過流保護(hù)都是采用避雷器聯(lián)合放電間隙的模式。避雷器并聯(lián)間隙的保護(hù)分工是工頻、操作過電壓由間隙承擔(dān)，雷電、暫態(tài)過電壓由避雷器承擔(dān)，同時，又用放電間隙來限制避雷器上可能出現(xiàn)的過高幅值的工頻過電壓和過高的殘余電壓。這種方式既可對變壓器中性點(diǎn)絕緣進(jìn)行保護(hù)，又可起到相互保護(hù)的作用。值得注意的是，放電間隙與避雷器配合時，間隙距離不能太小，以防止在接地暫態(tài)過電壓作用下誤動作，引起保護(hù)裝置的頻繁動作;同時，間隙也不能太大，否則，就起不到限制工頻過電壓、保護(hù)避雷器(中性點(diǎn)絕緣)的作用。

1 零序過流和間隙過流保護(hù)

變壓器中性點(diǎn)的零序過流和間隙過流保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中有以下四種典型接線方式:

1)變壓器中性點(diǎn)的間隙過流保護(hù)與零序過流保護(hù)共用中性點(diǎn)套管式電流互感器接線方式.間隙過流保護(hù)與零序過流保護(hù)共用中性點(diǎn)套管式電流互感器接線方式，如圖1 所示。兩種保護(hù)共用一個電流互感器，零序電流繼電器與間隙電流繼電器的電流線圈串接在中性點(diǎn)裝設(shè)的電流互感器二次側(cè)。兩個電流繼電器的動作整定值不同，且兩種接地電流的性質(zhì)也不同。中性點(diǎn)直接接地時的零序電流主要是工頻分量;中性點(diǎn)不接時的間隙電流具有間隙、分段發(fā)展的特點(diǎn)，間歇時間和電流幅值均具有隨機(jī)性，且含有大量的諧波分量。

圖1 共用電流互感器接線

2)變壓器中性點(diǎn)的零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)單獨(dú)配置電流互感器接線方式，零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)電流采集量采用兩個不同的電流互感器，兩種保護(hù)的電流互感器相互獨(dú)立，即交流回路一、二次回路分開，如圖2 所示。采用這種接線方式的變壓器零序電流保護(hù)和間隙過流保護(hù)壓板可全部投入，無需進(jìn)行投、退切換，兩種保護(hù)可通過變壓器中性點(diǎn)接地刀閘的分、合自動投、退。

圖2 采用不同電流互感器接線

3)變壓器零序過流保護(hù)用中性點(diǎn)套管式電流互感器，間隙過流保護(hù)單獨(dú)配置(間隙)電流互感器接線方式，零序過電流采用變壓器自帶的中性點(diǎn)套管電流互感器，間隙過電流采用單獨(dú)的電流互感器的接線方式，如圖3 所示。

圖3 單獨(dú)的電流互感器接線

4)變壓器中性點(diǎn)的零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)的改進(jìn)型接線方式，為了防止因接線錯誤或誤投、切保護(hù)壓板引起的保護(hù)誤動或拒動，由于電力系統(tǒng)中已普遍采用微機(jī)保護(hù)，在實(shí)際工程中的微機(jī)保護(hù)是用變壓器中性點(diǎn)接地刀閘輔助接點(diǎn)作為開入量引入微機(jī)保護(hù)，通過此開入量來自動判斷中性點(diǎn)刀閘的分、合位置，以控制零序過流保護(hù)和間隙保護(hù)的投、切。采用這種方式也可以有效防止變壓器零序過流保護(hù)的誤動作，但該設(shè)計方案在工程中的應(yīng)用目前尚未形成統(tǒng)一意見。

2 運(yùn)行要求

變壓器中性點(diǎn)的零序過電流和間隙過電流保護(hù)的投、切方式，應(yīng)根據(jù)上述幾種保護(hù)的實(shí)際接線情況及中性點(diǎn)的運(yùn)行方式綜合考慮。若接線錯誤(一次或二次)或未根據(jù)接線方式和中性點(diǎn)運(yùn)行方式正確投、切保護(hù)壓板，將會導(dǎo)致零序過電流或間隙過電流保護(hù)裝置失去其應(yīng)有的功能，甚至造成保護(hù)的誤動和拒動。如中性點(diǎn)接地刀閘接線錯誤，中性點(diǎn)刀閘合上時僅短接中性點(diǎn)保護(hù)間隙(如圖4 所示)，并未短接間隙過流保護(hù)用電流互感器，這樣間隙不需擊穿放電，間隙過流保護(hù)即會動作。這就是此次間隙過流保護(hù)誤動作的真正原因。

圖4 中性點(diǎn)刀閘錯誤接線圖

正確的接線應(yīng)采用圖5 所示的接線方式，中性點(diǎn)刀閘應(yīng)和保護(hù)間隙與間隙過流保護(hù)用電流互感器串聯(lián)支路相并聯(lián)。當(dāng)中性點(diǎn)刀閘合閘時，短接了保護(hù)間隙與間隙過流保護(hù)用電流互感器的串聯(lián)支路，間隙過流保護(hù)退出運(yùn)行，零序過流保護(hù)投入運(yùn)行;當(dāng)中性點(diǎn)刀閘拉開時，保護(hù)間隙和間隙過流保護(hù)投入運(yùn)行，但如前所述間隙電流可能不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致零序過流出口，因此間隙保護(hù)和零序保護(hù)的壓板應(yīng)和接地刀閘的運(yùn)行方式對應(yīng)投切。

圖5 中性點(diǎn)刀閘正確接線圖

3 結(jié)束語

變壓器中性點(diǎn)的零序過電流保護(hù)和間隙過電流保護(hù)，兩種保護(hù)能否同時投入?或保護(hù)的投入與切除是否需要隨著變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式的改變而改變，這個問題不能一概而論，而應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場零序過流保護(hù)與間隙過流保護(hù)的構(gòu)成原理和接線情況，并綜合各種可能的影響因素后，而采取正確、合理的投、切方式。

［1］李火元，《電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與自動裝置》，中國電力出版社

［2］陶然，熊為群，《繼電保護(hù) 自動裝置及二次回路》，水利電力出版社