線路故障引起的變壓器間隙保護動作案例分析

和文平，張華峰，王小琪

（國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046011）

線路故障引起的變壓器間隙保護動作案例分析

和文平，張華峰，王小琪

（國網(wǎng)山西省電力公司長治供電公司，山西 長治 046011）

介紹了兩起線路接地故障引起的主變壓器間隙保護動作導(dǎo)致全站停電案例，探討了故障暴露出的問題，并從優(yōu)化保護定值配合、加強反措落實、開展日常檢測分析等方面提出了防范整改措施。

線路接地故障；變壓器；間隙保護；中性點不接地

近年來由線路故障引起的主變間隙保護跳閘造成全站停電事件時有發(fā)生，對電網(wǎng)的安全可靠供電造成了嚴重的影響。本文對兩起線路故障引起的變壓器間隙保護動作案例進行了分析，針對故障暴露出的問題，提出了防范整改措施。

1 故障案例1分析

1.1 故障情況

如圖1所示，2014年03月05日21時38分，110 kV線路1因鳥害發(fā)生A相瞬時性接地故障，110 kV乙站1、2號主變零序過壓保護動作跳閘，造成全站停電。

1.2 動作時序

110 kV乙站1號主變零序過壓保護512ms動作跳開三側(cè)斷路器，動作電壓實測值159 V，2號主變零序過壓保護515ms動作跳開三側(cè)斷路器，動作電壓實測值159 V。

圖1 110 kV乙站及關(guān)聯(lián)系統(tǒng)圖

220 kV甲站123線路保護602ms零序過流II段、611ms接地距離II段保護動作出口，2 177ms重合閘動作出口，123斷路器重合成功。

1.3 故障前運行方式及保護定值

甲站通過110 kV線路1給乙站供電。乙站1、2號主變中性點不接地，并列運行；110 kV母線并列運行；152斷路器熱備，154斷路器運行。電廠解列，乙站通過154斷路器給110 kV線路3充電運行。丙站通過171斷路器給110 kV線路2充電運行。甲站123線路保護與乙站154線路保護動作時限配合。規(guī)程規(guī)定中性點經(jīng)放電間隙接地的110 kV變壓器的零序電壓3U0定值一般整定為150～180 V（3U0最大值為300 V，但PT在系統(tǒng)電壓升高時鐵芯飽和，傳至二次側(cè)的電壓約為220～230V），0.3～0.5 s延時跳變壓器各側(cè)斷路器。長治供電公司執(zhí)行山西省電力公司規(guī)定，110 kV主變間隙零序過壓保護定值按150 V，0.5 s整定。系統(tǒng)關(guān)聯(lián)保護定值如表1所示。

表1 關(guān)聯(lián)保護定值

1.4 故障原因分析

對110 kV線路1檢查發(fā)現(xiàn)109號塔瓷瓶有鳥糞，橫擔(dān)有放電痕跡，判斷為鳥害故障。該故障點位于線路末端，屬于甲站123線路保護II段保護范圍。乙站1號、2號主變中性點不接地運行，根據(jù)錄波圖顯示，線路末端故障時乙站母線電壓升高至159 V（二次值），乙站主變零序過壓保護（0.5 s）先于甲站123線路保護II段（0.6 s）跳閘，造成乙站全站停電。以線路末端單相接地故障為例，進行故障時故障點零序電壓理論計算，圖2所示為單相接地故障時的序網(wǎng)圖，表2為本次計算所用基準值及系統(tǒng)等值阻抗。

圖2 單相接地故障序網(wǎng)圖

表2 系統(tǒng)基準值及阻抗標么值

計算結(jié)果如下

2 故障案例2分析

2.1 故障情況

a）2014年06月19日08時14分23秒，110 kV線路2因雷擊發(fā)生A相接地故障，與此同時110 kV乙站152斷路器閃絡(luò)，乙站2臺主變間隙零序保護動作，再次發(fā)生全站停電。

b）故障前運行方式及保護定值同故障案例1。故障時變電站及線路附近有雷雨天氣。

c）動作時序：110 kV線路2因雷擊發(fā)生A相接地故障，丙站171線路保護距離I段26ms動作，跳開171斷路器。

乙站1號主變間隙零序過流I段305ms動作跳開101斷路器、2號主變間隙零序過流I段保護311ms動作跳開102斷路器。

甲站123線路保護接地距離II段613ms動作出口切除故障，2 184ms重合閘出口動作，123斷路器重合成功。

2.2 故障分析

對110 kV線路2全線檢查未發(fā)現(xiàn)故障點，測距34.26 km，判定為線路1末端發(fā)生接地故障。對乙站現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)152斷路器A相支柱瓷瓶外絕緣有放電痕跡，故障時乙站附近有較大雷雨天氣。

綜合現(xiàn)場檢查和故障錄波圖，故障原因如下：故障初期為110 kV線路2發(fā)生A相接地故障，同時雷電波侵入乙站，在152斷路器處反射，產(chǎn)生雷電過電壓，雷雨天氣導(dǎo)致斷路器外絕緣降低，在高電壓作用下外絕緣閃落，造成A相接地故障，故障點零序電壓升高導(dǎo)致主變中性點間隙擊穿，乙站1號、2號主變間隙零序過流I段（0.3 s）動作跳閘，造成全站停電。但故障點未隔離，對側(cè)123斷路器線路保護零序II段（0.6 s） 保護動作切除故障，后123斷路器重合成功。

3 兩起故障暴露的問題

a）110 kV線路2常處于熱備用狀態(tài)，但未落實十八項反措安裝線路避雷器的要求，雷電波侵入在斷路器斷口處產(chǎn)生的雷電過電壓超過了斷路器的雷電耐受絕緣強度，導(dǎo)致設(shè)備外絕緣擊穿。

b）在110 kV供電線路較長，所供變電站主變不接地運行時，線路末端發(fā)生接地故障，正常應(yīng)由電源側(cè)線路保護接地距離II段、零序電流II段動作，因線路保護動作時限逐級配合，故障點零序電壓過高，主變間隙保護先于電源側(cè)線路保護動作跳閘，造成變電站全停事故。

c）故障1中，110 kV電廠解列后，電廠接地點斷開，對乙站零序網(wǎng)有較大影響，故障時乙站母線零序電壓升高。因電廠隨時可能并網(wǎng)，電廠線路充電運行，甲站123線路保護與乙站154線路保護配合整定，123線路保護II段動作時限比乙站主變間隙零序保護動作時限長。

4 采取的措施

a）在電廠解列，線路充電運行情況下，調(diào)整乙站154線路保護II段動作時間為0 s，電廠不并網(wǎng)則不與其他保護段配合。按級差配合原則，將甲站123線路保護II段動作時限調(diào)整為0.3 s，提高保護動作選擇性和速動性。對系統(tǒng)內(nèi)電源解列但線路仍充電運行的均按此調(diào)整。

b）優(yōu)化乙站主變中性點間隙保護定值，按規(guī)程規(guī)定，將間隙零序過壓保護定值由150 V調(diào)整為170 V，動作時間0.5 s保持不變，間隙電流保護定值取100 A（一次值），動作時限與對側(cè)（電源側(cè)）線路保護有靈敏度段的保護時間配合。針對較長線路供電的變電站，主變間隙過壓保護按此原則調(diào)整。對供電線路配置為光差保護、變壓器接地運行的變電站不進行調(diào)整。

c）加強線路及變電站防雷措施。國網(wǎng)山西省電力公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施（國家電網(wǎng)生【2012】352號）14.2.2條規(guī)定：對經(jīng)常處于熱備用運行的線路在進線終端塔上安裝帶串聯(lián)間隙的金屬氧化物避雷器。對乙站152出線間隔線路終端塔上加裝線路避雷器，防止雷電波入侵造成站內(nèi)設(shè)備損壞。

d）嚴格用戶電源并網(wǎng)管理，及時關(guān)注用戶電源接入情況，杜絕用戶電源私自并接。根據(jù)電源點分布變化合理調(diào)整主變接地點和相關(guān)定值，防止保護越級動作或滯后動作，造成故障擴大。

e）加強變電站和線路的接地網(wǎng)建設(shè)和維護，定期開展接地裝置引下線的導(dǎo)通檢測，結(jié)合檢測數(shù)據(jù)安排開展接地網(wǎng)開挖檢查和綜合改造，減小接地電阻，降低故障時的零序電壓。

f）做好電網(wǎng)改造科研、設(shè)計的審查把關(guān)，避免110 kV供電線路長距離供電，減少多級串供的運行方式，避免局部故障造成多站失電。對長度小于10 km、合環(huán)運行、無法滿足選擇性要求的110 kV線路應(yīng)配置光差保護（國網(wǎng)山西省電力公司山西電網(wǎng)“十二五”技術(shù)導(dǎo)則），確保線路故障時全線0 s速動。

g）結(jié)合電網(wǎng)增容改造情況，每年開展最大、最小運行方式下變電站母線短路電流、短路電壓校核，根據(jù)計算結(jié)果開展系統(tǒng)保護定值全面校核修改。

h）加強電網(wǎng)運行風(fēng)險分析。從電網(wǎng)電源點分布、串供方式、保護定值配合、檢修計劃安排等方面開展電網(wǎng)風(fēng)險綜合分析，結(jié)合實際完善備自投、重合閘等自動裝置，科學(xué)安排運行方式，降低電網(wǎng)大面積停電風(fēng)險。

繼電保護的基本要求是在設(shè)備發(fā)生故障時，相關(guān)保護裝置不誤動、不拒動。既要考慮主變壓器的安全，又不能損失負荷，科學(xué)、合理地整定繼電保護定值是關(guān)鍵點，同時加強電網(wǎng)日常管理、風(fēng)險分析、反措落實等對系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行也有重大影響。希望以上兩起故障暴露出的問題及處理方案能夠為大家提供借鑒。

The Analysis of the Transformer Gap Protection Action Caused by Line Fault

HEW enping，ZHANG Huafeng，WANG Xiaoqi
（State Grid Changzhi Power Supp ly Com pany of SEPC，Changzhi，Shanxi 046011，China）

Two cases of transformer gap protection action caused by line-to-ground faultare introduced.The exposed problems are discussed and themeasures of prevention and rectification are proposed from optimizing the protection setting coordination，strengthening theanti-accidentmeasuresand developing the daily inspection analysis.

line-to-ground fault；transformer；gap protection；neutralpointnon-grounding

TM855

B

1671-0320（2015）05-0032-03

2015-07-10，

2015-08-07

和文平（1977），男，山西呂梁人，2006年畢業(yè)于東北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事電網(wǎng)運維檢修管理工作；

張華峰（1975），男，山西長治人，1998年畢業(yè)于武漢水利電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，高級工程師，從事繼電保護工作；

王小琪（1974），男，山西長治人，1995年畢業(yè)于太原電力高等?？茖W(xué)校電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，工程師，從事變電運維工作。