主變壓器零序過流保護和間隙過流保護配合分析

劉 林，王洪濤，魯月娥

(1.國網荊門供電公司，湖北 荊門 448000;2.國網湖北省電力有限公司檢修公司，湖北 武漢 430050)

220 kV及以上電壓等級的變壓器中性點一般直接接地，接地方式根據調度年度母線總阻抗文件確定，特殊情況下按調度指令執(zhí)行[1]。110 kV雙主變壓器(主變)并列運行的變電站，其中1臺主變中性點直接接地運行，另1臺主變中性點經間隙接地，非直接接地運行，2臺主變中性點接地方式根據調度指令進行變換[2-3]。在對單臺主變進行停、送電操作時，其中性點接地方式會發(fā)生變化，所以此時的主變保護定值要進行相應調整。因為在操作主變高壓側斷路器前，為了防止出現(xiàn)操作過電壓，主變中性點接地開關閉合，而主變零序過流保護是在主變中性點直接接地時起作用，間隙過流保護是在主變中性點經間隙接地時起作用。

在運維倒閘操作中，一種是不管主變中性點接地方式如何，都要求將主變零序過流保護和間隙過流保護同時投入，避免倒閘操作中誤操作主變保護的二次壓板，造成中性點失去保護或主變失去零序過流保護[4]；另一種是按調控規(guī)程，零序過流保護和間隙過流保護隨主變中性點接地方式改變而投入、退出[5-6]。當主變中性點直接接地運行時，投入零序過流保護，退出間隙過流保護；當主變中性點經間隙接地運行時，投入間隙過流保護，退出零序過流保護[7-8]。在主變送電操作前，若主變中性點經間隙接地，投入零序過流保護，可以同時投入間隙過流保護，再閉合中性點接地開關，以防止操作過程中[9]，主變中性點失去保護，送電操作完畢后，再斷開中性點接地開關，退出零序過流保護[10]。

1 零序過流保護與間隙保護的原理

變壓器的作用是實現(xiàn)不同電壓等級的變電站連接和能量循環(huán)，造價非常昂貴，變壓器絕緣等級是影響變壓器成本的一個重要因素，為了降低制造成本，當變壓器繞組是星型設置且中性點引出時，會對變壓器采取分級絕緣的方式處理，分級絕緣是指中性點絕緣等級比本體絕緣等級低。在電網實際運行中，接地故障發(fā)生頻次占電網故障總數的80%，當主變中性點直接接地時，主變中性點側的變壓器繞組套管引出線發(fā)生接地故障在零序過流保護范圍內，同時零序過流保護還是主變主保護和主變相鄰線路及母線接地時的后備保護。主變中性點直接接地時，發(fā)生接地短路故障后會產生很大的接地短路電流，為了避免過大的短路電流造成一次設備損壞，會合理安排中性點直接接地運行的變壓器，其他變壓器則采取中性點經間隙接地的方式運行。中性點采取經間隙接地的方式，除限制接地短路電流，還防止倒閘操作、雷電反擊和單相接地時，中性點出現(xiàn)過電壓而導致中性點絕緣被擊穿。

根據荊門地區(qū)各變電站及大工業(yè)用戶的主接線情況統(tǒng)計，總結出變壓器中性點零序電流互感器(簡稱“零序TA”)和間隙電流互感器(簡稱“間隙TA”)有以下4種典型配置方式。

a.主變零序過流保護和間隙過流保護的電流采樣均從中性點套管TA采集故障電流，如圖1所示，TA中2個繞組分別提供零序過流保護和間隙過流保護的故障電流，因2個保護故障的嚴重程度不同，保護整定的定值也不同。由圖1可以看出，當發(fā)生接地短路故障時，中性點套管TA故障電流會同時傳給零序過流保護和間隙過流保護做采樣計算。對于中性點直接接地方式，故障電流主要含有工頻分量；對于中性點經間隙接地方式，因間隙一般是被間歇性擊穿，故障電流含有大量高頻分量，對TA的抗飽和能力要求高一些。

b.主變的零序過流保護和間隙過流保護從各自獨立的電流互感器上采集故障電流，如圖2所示。當發(fā)生接地短路故障時，對于中性點經間隙接地且間隙處發(fā)生擊穿現(xiàn)象時，只在間隙TA有故障電流；對于中性點經接地開關接地時，只在零序TA有故障電流。因2臺TA的勵磁拐點電壓、伏安特性曲線及故障嚴重程度不同，接入保護裝置的二次接線一定不能接錯，否則會造成保護誤動或拒動。

c.主變零序過流保護從中性點套管TA采集故障電流，間隙過流保護從單獨配置的間隙TA采集故障電流，如圖3所示。2臺TA互相獨立，當發(fā)生接地短路故障時，對于中性點經間隙接地且間隙被間歇或連續(xù)擊穿時，零序TA和間隙TA均有故障電流；對于中性點經接地開關直接接地時，只有零序TA有故障電流。這種方式減少1臺零序TA，節(jié)省了項目成本。

d.引入主變中性點開關輔助觸點的改進型接線，如圖4所示。a1、a2為開關輔助觸點，當中性點接地開關斷開時，a1斷開，a2閉合，此時主變間隙過流保護投入；當中性點接地開關閉合時，a1閉合，a2斷開，此時主變零序過流保護投入。這種改進型接線的實現(xiàn)原理是在主變保護裝置中接入中性點開關輔助觸點信號，將該開入量串聯(lián)到零序過流保護功能壓板、間隙過流保護功能壓板控制回路。正常運行時，主變間隙和零序過流保護的控制軟壓板及功能硬壓板均投入，從而實現(xiàn)中性點接地開關閉合時，自動投入零序過流保護并退出間隙過流保護；當中性點接地開關斷開時，自動退出零序過流保護并投入間隙過流保護。采用這種方式可以有效防止主變零序過流保護和間隙過流保護同時投入時，出現(xiàn)保護誤動作，但由于中性點開關輔助觸點是機械觸點，容易出現(xiàn)氧化和腐蝕，可靠性差，在工程實際應用中未廣泛推廣。

2 零序過流保護和間隙過流保護配合分析

a.對于圖1的接線方式，零序過流保護和間隙過流保護必須根據中性點接地方式進行投、退選擇。當中性點直接接地時，零序過流保護和間隙過流保護均投入，發(fā)生接地短路故障后，由于間隙過流保護比零序過流保護的延時短，間隙過流保護有誤動風險。

b.對于非圖1的接線方式，零序過流保護和間隙過流保護可以同時投入。當中性點經間隙接地，發(fā)生接地短路故障時，零序TA和間隙TA有故障電流，但由于間隙過流保護比零序過流保護的延時短，間隙過流保護動作快，而且間隙TA變比比零序TA變比小，間隙TA反應更靈敏;當中性點經隔離開關直接接地時，只有零序TA有故障電流，間隙TA沒有故障電流，間隙過流保護不會誤動。某220 kV變電站的保護裝置型號為WBH-801A/B6/R2，保護定值整定情況如表1所示，由表1可以看出間隙過流保護比零序過流保護的延時短。

表1 主變零序及間隙保護定值

3 結論

a.當主變中性點采用非圖1接線方式時，零序過電流保護和間隙過流保護可以同時投入，不因中性點運行方式變化而改變保護定值。當間隙過流保護不能準確動作時，零序過流保護還可以作為間隙過流保護的備用保護。

b.在實際運行中，要防止間隙TA或零序TA安裝位置錯誤或二次接線錯誤，而出現(xiàn)繼?！叭`”事故。

c.在日常運維工作中，應核實零序TA與間隙TA的安裝位置，查看變電站專用運行規(guī)程，了解保護原理和二次接線情況，綜合考慮各種影響因素，結合調度運行管理規(guī)程，采取正確、合理的保護投入方式。