小電源并網(wǎng)對110kV變壓器中性點保護的影響

(1.桐廬縣供電局，浙江 杭州 311500；2.余杭供電局，浙江 杭州 311100；3.二灘水電開發(fā)有限責任公司，四川 成都 610000)

1 引言

桐廬縣地處山區(qū)河流縱橫小水電眾多，近年伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大型企業(yè)自建光伏電站增多，這些電源除自用外，大都通過110kV變電站10kV、35kV母線，向電網(wǎng)輸送電能。當小電源容量增大時，電力人員沒有對主變中性點保護的整定與保護間配合予以關(guān)注，以至于發(fā)生變壓器間隙保護誤動，或與110kV線路保護間配合出現(xiàn)問題，造成停電事故。本文針對主變中性點保護的配合與整定，提出了可行的解決辦法。

2 中性點接地方式

中性點可直接接地運行，也可不接地運行，接地方式的選擇涉及安全可靠性與經(jīng)濟性，110kV變壓器為分級絕緣變壓器，其接地方式嚴格按照以下原則處理：

(1)110kV電網(wǎng)變壓器中性點接地運行方式安排應(yīng)滿足變壓器中性點絕緣承受要求，并盡量保持變電站的零序阻抗基本不變且系統(tǒng)任何短路點的零序綜合阻抗不大于正序綜合阻抗的三倍。

(2)變壓器中性點直接接地點也不宜過分集中，以防止事故時直接接地的變壓器跳閘后引起其余變壓器零序過電壓保護動作跳閘；

(3)由于變壓器結(jié)構(gòu)原理要求必須接地的(如自耦變及電廠的廠用變等)中性點必須接地。

(4)110kV變壓器高壓側(cè)中性點，均應(yīng)裝設(shè)獨立的間隙零序過電壓保護和間隙零序過電流保護。間隙零序過電壓、間隙零序過電流保護在中性點接地時停用，在中性點不接地時投入。中性點絕緣等級為44kV和35kV的變壓器，未加裝間隙保護的，應(yīng)接地運行。

(5)110kV主變中低壓側(cè)無電源的變壓器一般不接地。中低壓側(cè)有電源時，變壓器至少考慮一臺中性點接地。

(6)一個變電站有多臺變壓器，且只考慮一個接地點時，應(yīng)優(yōu)先考慮帶負荷調(diào)壓變壓器接地。

(7)有接地點的變電站因方式需要分裂成兩部分運行時，兩部分都要保持接地點。

(8)當接地系統(tǒng)的變壓器任一側(cè)的高壓開關(guān)斷開，而變壓器仍帶電時，斷開側(cè)的變壓器中性點必須接地，并投入零序過流保護，但是該接地點不列入系統(tǒng)接地點之內(nèi)。

3 變壓器中性點保護整定

根據(jù)DL/T584-2007《3kV～110kV 電網(wǎng)繼電保護裝置運行整定規(guī)定》由6.2.9.8條中規(guī)定：“變壓器110kV中性點放電間隙零序電流保護的一次電流定值一般可整定為40～100A，保護動作后可帶0.3～0.5s延時跳變壓器各側(cè)斷路器”。6.2.9.9條中規(guī)定：“中性點經(jīng)放電間隙接地的110kV變壓器的零序電壓保護，其定值一般整定為150～180V(額定值為300V)，保護動作后帶的一次電流定值一般可整定為40～100A，保護動作后可帶0.3～0.5s延時跳變壓器”。間隙零序電壓保護一般接于本側(cè)母線電壓互感器開口三角繞組。

主變中性點間隙值的選擇應(yīng)滿足一下三個條件：

①對中性點絕緣保護的要求，即間隙的標準雷電波動作值小于主變中性點的標準雷電波耐受值。

②因接地故障形成的局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作，應(yīng)以最低運行相電壓(正常電壓的0.9倍)下，單相接地時中性點穩(wěn)態(tài)過電壓進行驗算。

以上兩點決定間隙的最大距離值，通常能滿足后一點的要求，就能滿足前一點的要求，因此保護間隙的最大距離值用最低運行相電壓下，單相接地時中性點穩(wěn)態(tài)過電壓校核。

③系統(tǒng)以有效接地方式運行，發(fā)生單相接地故障時，間隙不應(yīng)動作，以此決定間隙的最小值。此時。中性點電壓U0的計算公式如下：

因系統(tǒng)滿足X0/X1<3，故U0最大為0.6UXG。

根據(jù)計算結(jié)果，110kV中性點間隙距離取110～135mm。

4 中性點保護存在的問題

上述計算和分析清楚表明,在系統(tǒng)有效接地方式下,單相接地暫態(tài)電壓較高時間隙將動作,即間隙距離選擇不能完全滿足條件③的要求,變壓器中性點間隙電流保護會誤動,造成停電。

由于通常220kV 變電站的220kV側(cè)和110kV側(cè)均為變壓器中性點有效接地運行,中性點接地變壓器誤跳閘后,系統(tǒng)又發(fā)生單相接地短路造成間隙電流保護誤動的幾率較小,而110kV變電站,由于站內(nèi)變壓器中性點一般不接地運行,容易發(fā)生間隙電流保護誤動,造成停電事故。以圖110kV電網(wǎng)系統(tǒng)為例：

圖1 110kV電網(wǎng)系統(tǒng)

在靠近110kV母線C點單相接地時，線路B點的接地距離II段或零序II段保護將動作，考慮通過接地電阻接地時時間將大于0.5s。

110kV變電站的間隙零序按規(guī)程動作時間為0.3～0.5s，結(jié)果間隙保護將在線路B側(cè)保護動作前將主變各側(cè)開關(guān)跳開。重合閘動作成功，由于主變開關(guān)已跳開而不能送電。

如果延長間隙保護動作時間，時間應(yīng)大于重合閘動作時間(一般為1.5s)這是分級絕緣變壓器不能承受的。

5 中性點保護的配置改進

(1)在任何運行方式下，中壓或低壓側(cè)有電源接入的 110kV主變壓器的110kV側(cè)中性點采用間隙零序電流保護、零序過電壓保護和金屬氧化物避雷器進行配合；間隙零序電流保護、零序過電壓保護用于防止110kV 及 220kV 有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，產(chǎn)生較高的工頻過電壓，防止中性點避雷器因工頻過電壓產(chǎn)生爆炸。金屬氧化物避雷器用于防止變壓器遭受雷電過電壓；

(2)中壓或低壓側(cè)沒有電源接入的110kV主變壓器的110kV側(cè)中性點，采用金屬氧化物避雷器保護，不采用過電壓保護間隙。

(3)配置零序過電壓保護作為不接地變壓器的后備保護，電壓應(yīng)取母線PT開口三角電壓；間隙零序TA的變比應(yīng)比較小，不宜采用零序保護采用的零序電流TA，電流應(yīng)取中性點間隙專用CT。

(4)間隙零序電壓、零序電流各按兩時限配置；將110kV進線保護時限級差由原來的0.5s設(shè)置為0.3s即接地距離II段和零序電流II段時差為0.3s，將主變中性點保護時限設(shè)置為0.5s即主變中性點保護I時限跳小電源線路，II時限跳主變兩側(cè)或三側(cè)開關(guān)；同時增加110kV零序過流I段1.5s跳小電源線路作為后備保護。

6 總結(jié)

文中分析了之前變壓器中性點保護的弊端，通過改進中性點保護配置成功解決了半絕緣變壓器中性點絕緣保護問題，又防止了因主變兩側(cè)開關(guān)提前跳閘引起的變電全停，或因小電源強行并網(wǎng)引起的事故。