變壓器零序保護(hù)和間隙保護(hù)的配合

摘 要：多臺變壓器并列運(yùn)行時只允許一臺變壓器中性點(diǎn)直接接地。當(dāng)發(fā)生接地故障時，中性點(diǎn)直接接地的變壓器零序電流保護(hù)首先動作，若故障仍未切除，再由零序過壓保護(hù)進(jìn)行切除。故單從零序保護(hù)選擇性判斷保護(hù)選擇性不高。現(xiàn)結(jié)合我公司關(guān)于主變保護(hù)的整改計劃，對多臺變壓器并列運(yùn)行時發(fā)生接地故障時的動作邏輯進(jìn)行敘述。

關(guān)鍵詞：選擇性；列運(yùn)行；零序保護(hù)；間隙保護(hù)

2013年6月8日接到廣州中調(diào)下發(fā)流溪河電廠涉網(wǎng)安全檢查后整改計劃，其中針對主變保護(hù)提出加裝間隙CT以完善間隙零序過流回路，健全主變不接地保護(hù)。現(xiàn)結(jié)合我廠兩臺主變并列運(yùn)行的運(yùn)行工況對并列運(yùn)行變壓器接地故障的正確切除進(jìn)行分析。

1 保護(hù)原理

當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生接地短路時，將出現(xiàn)很大的零序電流，利用零序電流來構(gòu)成接地短路的保護(hù)，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在110kV及以上電壓等級的電網(wǎng)中。而當(dāng)中性點(diǎn)不直接接地時，若發(fā)生單相接地時，其他兩相的對地電壓要升高倍，對絕緣水平不高的設(shè)備構(gòu)成安全威脅，因此為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路時，應(yīng)由間隙保護(hù)及時反應(yīng)。

2 我廠主變零序與間隙保護(hù)現(xiàn)狀介紹

流溪河發(fā)電公司升壓站主接線為單母線運(yùn)行，無母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)（如圖1所示）。

兩臺主變壓器并列運(yùn)行，正常運(yùn)行工況下一臺主變中性點(diǎn)直接接地，另外一臺主變中性點(diǎn)不接地。兩臺主變后備保護(hù)裝置均配有接地保護(hù)（即零序過流保護(hù)）和不接地保護(hù)（即間隙保護(hù)），中性點(diǎn)接地的主變投入零序過流保護(hù)，中性點(diǎn)不接地主變投間隙保護(hù)。當(dāng)發(fā)生接地時由于電廠系統(tǒng)內(nèi)存在一中性點(diǎn)接地，故零序過壓不會突變過高而達(dá)到整定值，此時故障由中性點(diǎn)接地主變的零序過流保護(hù)功能跳開本側(cè)開關(guān)。若故障未被消除，此時運(yùn)行中的變壓器中性點(diǎn)不接地，而使非故障相相電壓升至倍，主變絕緣將承受倍電壓沖擊考驗。而此時由于整個電廠運(yùn)行小系統(tǒng)中無中性點(diǎn)接地，故由間隙保護(hù)進(jìn)行保護(hù)，切除故障點(diǎn)。

現(xiàn)階段主變保護(hù)裝置存在以下三點(diǎn)弊端：兩臺主變保護(hù)裝置在故障發(fā)生時零序過流保護(hù)無選擇性，正確率為50%。

切除中性點(diǎn)接地的主變后，若故障仍存在則中性點(diǎn)不接地主變絕緣承受倍電壓沖擊考驗，對主變安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

由于我公司主變無間隙CT，保護(hù)裝置無法采取到間隙上的零序電流。當(dāng)達(dá)到間隙放電電壓時，間隙放電。此時間隙過壓與間隙過流交替存在，若兩現(xiàn)象交替時間周期小于間隙過壓保護(hù)動作延時時間，則單投間隙過壓保護(hù)并不能使保護(hù)正確動作，此間隙保護(hù)功能不健全。因此必須增加間隙零序電流量，投入間隙過壓過流保護(hù)功能。

3 變壓器并列運(yùn)行的保護(hù)邏輯

多臺變壓器并列運(yùn)行存在兩種接線方式，一種為母線裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，另一種為母線不裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

（1）若母線上不裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，如圖1所示。當(dāng)發(fā)生接地時故障先由中性點(diǎn)接地主變的零序過流保護(hù)功能跳開本側(cè)開關(guān)。若故障未被消除，此時運(yùn)行中的變壓器中性點(diǎn)不接地，故障便由此主變的間隙保護(hù)切除故障點(diǎn)。此保護(hù)邏輯并無準(zhǔn)確選擇故障線路的功能，切除故障正確率是50%。（2）若母線上不裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，如圖1所示。當(dāng)發(fā)生接地故障時還有一種保護(hù)動作情況為由中性點(diǎn)接地主變的零序過流保護(hù)功能第一時限跳開并列變壓器的高壓開關(guān)，稱為零序互跳。若故障未消除再跳開中性點(diǎn)接地主變。此保護(hù)跳閘邏輯很容易擴(kuò)大停電范圍，保護(hù)準(zhǔn)確性低。（3）若母線上存在聯(lián)絡(luò)開關(guān)時，如圖2所示。當(dāng)發(fā)生接地故障時，中性點(diǎn)接地的主變保護(hù)第一時限切開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，此時兩臺主變相對獨(dú)立運(yùn)行。再由各自所投入的零序過流保護(hù)與間隙保護(hù)作判據(jù)來正確切除故障點(diǎn)，正確切除故障率達(dá)100%，避免擴(kuò)大停電范圍，提高了繼保的選擇性。

綜上所述：若多臺變壓器并列運(yùn)行時，發(fā)生接地故障，在中性點(diǎn)接地的變壓器上反應(yīng)出較大零序電流電壓，由此主變的零序保護(hù)將并列運(yùn)行的變壓器分解為單獨(dú)運(yùn)行。再由各變壓器根據(jù)自身中性點(diǎn)的接地方式來選擇是由零序保護(hù)還是間隙保護(hù)正確切除故障點(diǎn)。能有效提高保護(hù)的準(zhǔn)確性，有效防止擴(kuò)大停電范圍。

4 針對我廠接線形式的整改方案分析

方案一：實(shí)現(xiàn)零序過流保護(hù)跳對側(cè)主變開關(guān)功能。

加裝間隙CT投入間隙過壓過流保護(hù)功能，以健全間隙保護(hù)功能。在保護(hù)裝置跳閘邏輯中實(shí)現(xiàn)零序過流保護(hù)第一時限跳對側(cè)主變開關(guān)后跳本側(cè)主變開關(guān)功能。

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)發(fā)生接地故障時，先跳開中性點(diǎn)不接地的主變開關(guān)，若故障仍存在則跳開本側(cè)主變開關(guān)。使得中性點(diǎn)不接地的主變不用承受■倍電壓沖擊考驗，有效保護(hù)到主變絕緣。

缺點(diǎn)：（1）校驗主變保護(hù)功能時需將兩臺主變停運(yùn)，全廠將會失壓；（2）需改動保護(hù)裝置動作邏輯，與設(shè)計時不符。增加接線，使邏輯復(fù)雜化不利于保護(hù)功能的可靠性，存在技術(shù)規(guī)范風(fēng)險；（3）此方案無法提高零序過流與間隙保護(hù)功能的選擇性。

方案二：在110kV母線上加裝聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

加裝間隙CT，引入間隙電流量，投入間隙保護(hù)。在110kV母線上加裝聯(lián)絡(luò)開關(guān)（如圖2所示）。當(dāng)發(fā)生接地故障時，中性點(diǎn)接地的主變保護(hù)第一時間切開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，此時兩臺主變相對獨(dú)立運(yùn)行。再由各自所投入的零序過流保護(hù)與間隙過壓過流保護(hù)作判據(jù)來正確切除故障點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：保護(hù)能正確選擇故障線路進(jìn)行切除，保護(hù)存在準(zhǔn)確的選擇性，不擴(kuò)大停電范圍。

缺點(diǎn)：切開聯(lián)絡(luò)開關(guān)后中性點(diǎn)不接地主變絕緣承受倍電壓沖擊考驗，不利于主變安全運(yùn)行。

方案三：加裝間隙CT投入間隙過壓過流保護(hù)。

加裝間隙CT，引入間隙電流量，投入間隙保護(hù)。發(fā)生接地故障時，由中性點(diǎn)接地的主變的零序過流保護(hù)跳開本側(cè)主變開關(guān)。若故障仍存在，此時中性點(diǎn)不接地主變則承受倍電壓沖擊考驗，由此主變投入的間隙保護(hù)跳開本側(cè)主變開關(guān)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）與主變保護(hù)裝置本身設(shè)計邏輯相符合，不增加保護(hù)邏輯。（2）兩臺主變保護(hù)裝置獨(dú)立運(yùn)行。校驗保護(hù)功能時無需停運(yùn)兩臺主變，利于廠內(nèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：不可避免中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)時對主變絕緣的倍電壓沖擊考驗，考慮我廠主變運(yùn)行時限長，此電壓沖擊危險性高，不利于主變安全運(yùn)行。

此方案無法提高零序過流與間隙保護(hù)功能的選擇性。

結(jié)合以上分析建議采用方案二來完善我公司兩臺主變對接地故障的保護(hù)功能。在110kV母線上加裝聯(lián)絡(luò)開關(guān)，并在跳閘邏輯上設(shè)置為零序電流保護(hù)先跳開聯(lián)絡(luò)開關(guān)再由各主變的保護(hù)功能正確切除故障點(diǎn)，能有效的提高保護(hù)功能的準(zhǔn)確性，有效防止擴(kuò)大停電范圍。至于對中性點(diǎn)不接地主變的■倍電壓沖擊，只要主變性能穩(wěn)定，一般是可以承受此電壓的。故選擇方案二能有效完善兩臺主變的保護(hù)功能。

5 結(jié)束語

兩臺或多臺變壓器并列運(yùn)行時，母線上無聯(lián)絡(luò)開關(guān)時，若發(fā)生接地故障時，零序過流保護(hù)和間隙保護(hù)配合無法正確切除故障點(diǎn)，有擴(kuò)大停電范圍風(fēng)險。

若在母線上增加母聯(lián)開關(guān)，由中性點(diǎn)接地變壓器的零序電流保護(hù)第一時限切開各母聯(lián)開關(guān)，將變壓器解列為單獨(dú)運(yùn)行，再由各變壓器自身所投的零序過流保護(hù)或間隙保護(hù)正確切除故障點(diǎn)，能有效的提高接地保護(hù)的動作準(zhǔn)確性，有效防止擴(kuò)大停電范圍。

作者簡介：羅平（1989，10-），男，籍貫：江西南城，學(xué)歷：本科，單位：廣東粵電流溪河發(fā)電有限責(zé)任公司。