110kV變電站電力變壓器零序保護(hù)存在的問題分析
在分析電力變壓器零序保護(hù)配置的基礎(chǔ)上，對(duì)110 kV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓?jiǎn)栴}、接地方式的控制以及電網(wǎng)110 kV變壓器零序保護(hù)設(shè)計(jì)存在的安全隱患等進(jìn)行了初步探討，提出拆除部分中性點(diǎn)棒間隙，改善變壓器零序保護(hù)配合的措施。
1 變壓器的零序保護(hù)配置
變壓器中性點(diǎn)零序過(guò)電流動(dòng)作時(shí)先跳開中性點(diǎn)不接地變壓器的保護(hù)方式，稱為零序互跳。2臺(tái)主變并列運(yùn)行，1號(hào)主變中性點(diǎn)接地，當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，1號(hào)主變中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，第一時(shí)限跳2號(hào)主變高低壓側(cè)開關(guān)，K2故障點(diǎn)被隔離，1號(hào)主變恢復(fù)正常運(yùn)行。如果故障點(diǎn)在K1處，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)限跳開2號(hào)主變后，零序過(guò)流保護(hù)第二時(shí)限跳本變壓器，切除故障。零序互跳保護(hù)顯而易見的缺點(diǎn)是：①有選擇性切除故障的概率只有50%;②母線故障時(shí)沒有選擇性，會(huì)擴(kuò)大停電范圍;③零序過(guò)流保護(hù)時(shí)間整定必須和主變相間保護(hù)配合，對(duì)保護(hù)整定配合不利;④必須在2臺(tái)變壓器同時(shí)停運(yùn)時(shí)才能進(jìn)行互跳試驗(yàn)，條件苛刻，二次接線容易錯(cuò)誤。
2 統(tǒng)接線與保護(hù)配置特點(diǎn)
110 kV系統(tǒng)接線特點(diǎn)是以放射狀為主，以220 kV變電站為電源點(diǎn)，通過(guò)110 kV線路向各終端變電站輻射。110kV終端變電站則采用內(nèi)橋接線或線路-變壓器組接線方式，低壓側(cè)無(wú)電源。
內(nèi)橋接線變電站，在正常運(yùn)行方式下，100母分開關(guān)不作為103和104線路的聯(lián)絡(luò)元件。因此，內(nèi)橋接線變電站通常只有兩種運(yùn)行方式：1條線路帶2臺(tái)主變運(yùn)行或2條線路各帶1臺(tái)變壓器運(yùn)行。在1線帶2變運(yùn)行方式下，2臺(tái)主變只要有1臺(tái)中性點(diǎn)接地即可，但必須由靠110kV供電線路側(cè)的變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，這一點(diǎn)很重要。內(nèi)橋接線變電站目前的變壓器零序保護(hù)配置為：中性點(diǎn)零序電流保護(hù)第一時(shí)限跳100和900母分;第二時(shí)限跳本變壓器;同時(shí)，變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)棒間隙，但沒有配置間隙TA以及開三角電壓保護(hù)。
為了節(jié)省投資、占地，節(jié)約110kV線路空中走廊等原因，新建設(shè)的110kV變電站較多采用線路-變壓器組接線，而且1條線路可“T”接2臺(tái)甚至3臺(tái)變壓器，變壓器零序保護(hù)僅有中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)，沒有配置中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及110kV TV開三角零序電壓保護(hù)(主變110kV側(cè)只有單相線路TV)。由于零序保護(hù)配置不夠完整，在多臺(tái)“T”接的線路-變壓器組接線中，各變壓器中性點(diǎn)仍全部接地運(yùn)行。但是，變壓器中性點(diǎn)全部接地運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)具有一定的負(fù)面影響。
2.1 在部分線路或變壓器檢修、停運(yùn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，零序網(wǎng)絡(luò)及零序阻抗值發(fā)生較大的變化，各支路零序電流大小及分布也會(huì)產(chǎn)生較大的變化。從保護(hù)整定配合出發(fā)，則要求保持變電站零序阻抗基本不變。
2.2 在變壓器投入運(yùn)行或線路重合閘過(guò)程中，有時(shí)會(huì)使在同一線路上運(yùn)行的中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生由勵(lì)磁涌流引起的，幅值較大而且衰減較慢，并帶有較大直流分量的零序電流。較容易造成送電不成功或重合閘不成功。
2.3 變壓器中性點(diǎn)全部接地，使系統(tǒng)零序阻抗大幅度降低，由此造成不對(duì)稱接地故障短路電流明顯增大。因?yàn)槔讚?、不?duì)稱接地故障干擾二次設(shè)備，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)以及損壞通信設(shè)備的事故仍時(shí)有發(fā)生。因此，有效接地系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用部分變壓器中性點(diǎn)接地方式，以限制單相接地短路電流，降低對(duì)通信系統(tǒng)的干擾。
3 變壓器零序保護(hù)存在的問題
在有效接地系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)對(duì)地偏移電壓被限制在一定的水平，中性點(diǎn)間隙保護(hù)不會(huì)產(chǎn)生作用。配置間隙保護(hù)的目的，是為了防止非有效接地系統(tǒng)中零序電壓升高對(duì)變壓器絕緣造成的危害。只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，有關(guān)的中性點(diǎn)直接接地變壓器全部跳閘，而帶電源的中性點(diǎn)不接地變壓器仍保留在故障電網(wǎng)中時(shí)，放電間隙才放電，以降低對(duì)地電壓，避免對(duì)變壓器絕緣造成危害。間隙擊穿會(huì)產(chǎn)生截波，對(duì)變壓器匝間絕緣不利，因此，在單相接地故障引起零序電壓升高時(shí)，我們更希望由零序過(guò)電壓保護(hù)完成切除變壓器的任務(wù)。相反，間隙電流保護(hù)則存在一定程度的偶然性，可能因種種原因使間隙電流保護(hù)失去作用，從這個(gè)意義講，對(duì)于保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣而言，零序過(guò)電壓保護(hù)比間隙電流保護(hù)更重要，零序過(guò)電壓保護(hù)通常和間隙電流保護(hù)一起共同構(gòu)成變壓器中性點(diǎn)絕緣保護(hù)。所以僅設(shè)置間隙電流保護(hù)而沒有零序過(guò)電壓保護(hù)是不夠完善的，特別是當(dāng)間歇性擊穿時(shí)，放電電流無(wú)法持續(xù)，間隙電流保護(hù)將不起作用。
目前已經(jīng)投運(yùn)的110kV變電站，大多數(shù)只裝設(shè)中性點(diǎn)棒間隙而沒有相應(yīng)的保護(hù)，這種配置有弊無(wú)利，當(dāng)電網(wǎng)零序電壓升高到接近額定相電壓時(shí)，所有中性點(diǎn)不接地的變壓器均同時(shí)感受到零序過(guò)電壓。如果沒有采用間隙過(guò)流保護(hù)的終端變壓器中性點(diǎn)間隙搶先放電，當(dāng)無(wú)法持續(xù)放電時(shí)，則帶電源的中性點(diǎn)不接地變壓器將無(wú)法脫離故障電網(wǎng)。因此，對(duì)于低壓側(cè)無(wú)電源的終端變壓器，如果沒有配置完整的間隙電流保護(hù)及零序過(guò)電壓保護(hù)，應(yīng)解除中性點(diǎn)棒間隙或人為增大間隙距離，避免間隙搶先放電。
對(duì)于內(nèi)橋接線的變電站，中性點(diǎn)接地變壓器零序電流第一時(shí)限跳900和100母分不是最佳的方案。由于在低壓側(cè)并列運(yùn)行時(shí)，跳900開關(guān)后多損失一段母線，同時(shí)中性點(diǎn)不接地變壓器低壓側(cè)開關(guān)仍運(yùn)行，在目前沒有零序過(guò)電壓保護(hù)的情況下，若因10kV轉(zhuǎn)電等原因存在臨時(shí)低壓電源，則不接地變壓器就存在過(guò)電壓的危險(xiǎn)。因此，在110kV側(cè)已裝設(shè)。
首先是要確保110kV系統(tǒng)為有效接地系統(tǒng)。防止誤操作是最根本的辦法，保證電源端變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)有效接地。如果保護(hù)整定許可，可以將電源側(cè)2臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)同時(shí)接地。
帶電變壓器失去接地中性點(diǎn)后可能成為非有效接地系統(tǒng)，因此，對(duì)于電源端變壓器或者將來(lái)可能帶電源的變壓器，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮配置完整的中性點(diǎn)間隙保護(hù)，包括中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)，中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及母線開三角零序電壓保護(hù)。
在110kV饋出線路上，不論并接幾臺(tái)變壓器，在電源側(cè)中性點(diǎn)接地的情況下，各終端變壓器中性點(diǎn)可以不接地運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，為防止可能出現(xiàn)的不安全因素，可安排其中一臺(tái)中性點(diǎn)接地，在選擇接地中性點(diǎn)時(shí)，可按以下順序考慮：首先選擇低壓側(cè)臨時(shí)帶電源的變壓器，其次考慮高壓側(cè)沒有斷路器的變壓器，最后選擇離電源端距離最短的變壓器中性點(diǎn)接地即可。
已經(jīng)投入運(yùn)行的大部分110kV終端變電站，由于目前尚未配置母線TV開三角零序電壓保護(hù)以及中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)，為避免中性點(diǎn)間隙搶先放電，應(yīng)將原先裝設(shè)的中性點(diǎn)棒間隙拆除或人為增大間隙距離。
今后設(shè)計(jì)的110kV變電站，高壓側(cè)宜考慮采用三相電壓互感器，設(shè)置零序過(guò)電壓保護(hù)和變壓器中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)。這種配置可以提供靈活的運(yùn)行方式，適應(yīng)將來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化。
對(duì)于內(nèi)橋接線變電站，主變中性點(diǎn)零序電流保護(hù)第一時(shí)限應(yīng)切除另一臺(tái)不接地變壓器，避免擴(kuò)大停電范圍或者可能出現(xiàn)的工頻過(guò)電壓。（未完待續(xù)）
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1 變壓器的零序保護(hù)配置
變壓器中性點(diǎn)零序過(guò)電流動(dòng)作時(shí)先跳開中性點(diǎn)不接地變壓器的保護(hù)方式，稱為零序互跳。2臺(tái)主變并列運(yùn)行，1號(hào)主變中性點(diǎn)接地，當(dāng)K2點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，1號(hào)主變中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，第一時(shí)限跳2號(hào)主變高低壓側(cè)開關(guān)，K2故障點(diǎn)被隔離，1號(hào)主變恢復(fù)正常運(yùn)行。如果故障點(diǎn)在K1處，當(dāng)?shù)谝粫r(shí)限跳開2號(hào)主變后，零序過(guò)流保護(hù)第二時(shí)限跳本變壓器，切除故障。零序互跳保護(hù)顯而易見的缺點(diǎn)是：①有選擇性切除故障的概率只有50%;②母線故障時(shí)沒有選擇性，會(huì)擴(kuò)大停電范圍;③零序過(guò)流保護(hù)時(shí)間整定必須和主變相間保護(hù)配合，對(duì)保護(hù)整定配合不利;④必須在2臺(tái)變壓器同時(shí)停運(yùn)時(shí)才能進(jìn)行互跳試驗(yàn)，條件苛刻，二次接線容易錯(cuò)誤。
2 統(tǒng)接線與保護(hù)配置特點(diǎn)
110 kV系統(tǒng)接線特點(diǎn)是以放射狀為主，以220 kV變電站為電源點(diǎn)，通過(guò)110 kV線路向各終端變電站輻射。110kV終端變電站則采用內(nèi)橋接線或線路-變壓器組接線方式，低壓側(cè)無(wú)電源。
內(nèi)橋接線變電站，在正常運(yùn)行方式下，100母分開關(guān)不作為103和104線路的聯(lián)絡(luò)元件。因此，內(nèi)橋接線變電站通常只有兩種運(yùn)行方式：1條線路帶2臺(tái)主變運(yùn)行或2條線路各帶1臺(tái)變壓器運(yùn)行。在1線帶2變運(yùn)行方式下，2臺(tái)主變只要有1臺(tái)中性點(diǎn)接地即可，但必須由靠110kV供電線路側(cè)的變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，這一點(diǎn)很重要。內(nèi)橋接線變電站目前的變壓器零序保護(hù)配置為：中性點(diǎn)零序電流保護(hù)第一時(shí)限跳100和900母分;第二時(shí)限跳本變壓器;同時(shí)，變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)棒間隙，但沒有配置間隙TA以及開三角電壓保護(hù)。
為了節(jié)省投資、占地，節(jié)約110kV線路空中走廊等原因，新建設(shè)的110kV變電站較多采用線路-變壓器組接線，而且1條線路可“T”接2臺(tái)甚至3臺(tái)變壓器，變壓器零序保護(hù)僅有中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)，沒有配置中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及110kV TV開三角零序電壓保護(hù)(主變110kV側(cè)只有單相線路TV)。由于零序保護(hù)配置不夠完整，在多臺(tái)“T”接的線路-變壓器組接線中，各變壓器中性點(diǎn)仍全部接地運(yùn)行。但是，變壓器中性點(diǎn)全部接地運(yùn)行對(duì)系統(tǒng)具有一定的負(fù)面影響。
2.1 在部分線路或變壓器檢修、停運(yùn)以及系統(tǒng)運(yùn)行方式變化時(shí)，零序網(wǎng)絡(luò)及零序阻抗值發(fā)生較大的變化，各支路零序電流大小及分布也會(huì)產(chǎn)生較大的變化。從保護(hù)整定配合出發(fā)，則要求保持變電站零序阻抗基本不變。
2.2 在變壓器投入運(yùn)行或線路重合閘過(guò)程中，有時(shí)會(huì)使在同一線路上運(yùn)行的中性點(diǎn)接地變壓器產(chǎn)生由勵(lì)磁涌流引起的，幅值較大而且衰減較慢，并帶有較大直流分量的零序電流。較容易造成送電不成功或重合閘不成功。
2.3 變壓器中性點(diǎn)全部接地，使系統(tǒng)零序阻抗大幅度降低，由此造成不對(duì)稱接地故障短路電流明顯增大。因?yàn)槔讚?、不?duì)稱接地故障干擾二次設(shè)備，造成保護(hù)裝置誤動(dòng)以及損壞通信設(shè)備的事故仍時(shí)有發(fā)生。因此，有效接地系統(tǒng)中應(yīng)盡量采用部分變壓器中性點(diǎn)接地方式，以限制單相接地短路電流，降低對(duì)通信系統(tǒng)的干擾。
3 變壓器零序保護(hù)存在的問題
在有效接地系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)對(duì)地偏移電壓被限制在一定的水平，中性點(diǎn)間隙保護(hù)不會(huì)產(chǎn)生作用。配置間隙保護(hù)的目的，是為了防止非有效接地系統(tǒng)中零序電壓升高對(duì)變壓器絕緣造成的危害。只有當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障，有關(guān)的中性點(diǎn)直接接地變壓器全部跳閘，而帶電源的中性點(diǎn)不接地變壓器仍保留在故障電網(wǎng)中時(shí)，放電間隙才放電，以降低對(duì)地電壓，避免對(duì)變壓器絕緣造成危害。間隙擊穿會(huì)產(chǎn)生截波，對(duì)變壓器匝間絕緣不利，因此，在單相接地故障引起零序電壓升高時(shí)，我們更希望由零序過(guò)電壓保護(hù)完成切除變壓器的任務(wù)。相反，間隙電流保護(hù)則存在一定程度的偶然性，可能因種種原因使間隙電流保護(hù)失去作用，從這個(gè)意義講，對(duì)于保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣而言，零序過(guò)電壓保護(hù)比間隙電流保護(hù)更重要，零序過(guò)電壓保護(hù)通常和間隙電流保護(hù)一起共同構(gòu)成變壓器中性點(diǎn)絕緣保護(hù)。所以僅設(shè)置間隙電流保護(hù)而沒有零序過(guò)電壓保護(hù)是不夠完善的，特別是當(dāng)間歇性擊穿時(shí)，放電電流無(wú)法持續(xù)，間隙電流保護(hù)將不起作用。
目前已經(jīng)投運(yùn)的110kV變電站，大多數(shù)只裝設(shè)中性點(diǎn)棒間隙而沒有相應(yīng)的保護(hù)，這種配置有弊無(wú)利，當(dāng)電網(wǎng)零序電壓升高到接近額定相電壓時(shí)，所有中性點(diǎn)不接地的變壓器均同時(shí)感受到零序過(guò)電壓。如果沒有采用間隙過(guò)流保護(hù)的終端變壓器中性點(diǎn)間隙搶先放電，當(dāng)無(wú)法持續(xù)放電時(shí)，則帶電源的中性點(diǎn)不接地變壓器將無(wú)法脫離故障電網(wǎng)。因此，對(duì)于低壓側(cè)無(wú)電源的終端變壓器，如果沒有配置完整的間隙電流保護(hù)及零序過(guò)電壓保護(hù)，應(yīng)解除中性點(diǎn)棒間隙或人為增大間隙距離，避免間隙搶先放電。
對(duì)于內(nèi)橋接線的變電站，中性點(diǎn)接地變壓器零序電流第一時(shí)限跳900和100母分不是最佳的方案。由于在低壓側(cè)并列運(yùn)行時(shí)，跳900開關(guān)后多損失一段母線，同時(shí)中性點(diǎn)不接地變壓器低壓側(cè)開關(guān)仍運(yùn)行，在目前沒有零序過(guò)電壓保護(hù)的情況下，若因10kV轉(zhuǎn)電等原因存在臨時(shí)低壓電源，則不接地變壓器就存在過(guò)電壓的危險(xiǎn)。因此，在110kV側(cè)已裝設(shè)。
首先是要確保110kV系統(tǒng)為有效接地系統(tǒng)。防止誤操作是最根本的辦法，保證電源端變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)有效接地。如果保護(hù)整定許可，可以將電源側(cè)2臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)同時(shí)接地。
帶電變壓器失去接地中性點(diǎn)后可能成為非有效接地系統(tǒng)，因此，對(duì)于電源端變壓器或者將來(lái)可能帶電源的變壓器，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮配置完整的中性點(diǎn)間隙保護(hù)，包括中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)，中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及母線開三角零序電壓保護(hù)。
在110kV饋出線路上，不論并接幾臺(tái)變壓器，在電源側(cè)中性點(diǎn)接地的情況下，各終端變壓器中性點(diǎn)可以不接地運(yùn)行。在實(shí)際運(yùn)行中，為防止可能出現(xiàn)的不安全因素，可安排其中一臺(tái)中性點(diǎn)接地，在選擇接地中性點(diǎn)時(shí)，可按以下順序考慮：首先選擇低壓側(cè)臨時(shí)帶電源的變壓器，其次考慮高壓側(cè)沒有斷路器的變壓器，最后選擇離電源端距離最短的變壓器中性點(diǎn)接地即可。
已經(jīng)投入運(yùn)行的大部分110kV終端變電站，由于目前尚未配置母線TV開三角零序電壓保護(hù)以及中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)，為避免中性點(diǎn)間隙搶先放電，應(yīng)將原先裝設(shè)的中性點(diǎn)棒間隙拆除或人為增大間隙距離。
今后設(shè)計(jì)的110kV變電站，高壓側(cè)宜考慮采用三相電壓互感器，設(shè)置零序過(guò)電壓保護(hù)和變壓器中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)。這種配置可以提供靈活的運(yùn)行方式，適應(yīng)將來(lái)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化。
對(duì)于內(nèi)橋接線變電站，主變中性點(diǎn)零序電流保護(hù)第一時(shí)限應(yīng)切除另一臺(tái)不接地變壓器，避免擴(kuò)大停電范圍或者可能出現(xiàn)的工頻過(guò)電壓。（未完待續(xù)）
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