一起110kV主變壓器間隙保護動作淺析

摘要：結合西雙版納供電局的一起110kV變電站的2號主變壓器間隙保護動作事例，針對110kV及以下的主變壓器保護的誤動作的相關原因，特別是針對110kV主變壓器的中、低壓側有小電源的間隙保護的動作情況進行了認真的思考、分析與討論，并且理論結合實際情況對110kV曼弄楓變110kVⅡ母零序電壓、110kV勐龍變110kVⅡ母零序電壓情況進行了探討，針對主變壓器間隙保護的運行方式和整定計算的配合提出了針對性的意見。

關鍵詞：間隙保護；中性點；避雷器；間隙過壓；間隙擊穿；棒間隙

一、故障前運行方式

1、220kV景洪變電站110kVⅠ段、Ⅱ段母線分段運行，母聯112斷路器熱備用。110kV101、102、152、153、154、155、157、158斷路器運行于110kVⅡ段母線，110kV151、156斷路器運行于110kVⅠ段母線，110kV旁路115斷路器熱備用110kVⅡ段母線。（220kV木景線檢修期間110kV大渡崗變電站及110kV城南變電站10kVⅠ段母線負荷轉由普洱電網供電）。1號主變壓器220kV及110kV側均中性點直接接地運行，2號主變壓器220kV及110kV側均中性點經間隙接地運行。

2、220kV黎明變電站110kVⅠ段、Ⅱ段母線并列運行，1號、2號主變壓器220kV及110kV側均中性點直接運行。

3、110kV曼弄楓變電站110kVⅠ段、Ⅱ段母線、35kVⅠ段、Ⅱ段母線、10kVⅠ段、Ⅱ段母線均分列運行，1號、2號變壓器中性點經間隙接地運行。35kV曼開保線有小電源并入，35kV曼西龍線處檢修。

4、110kV勐龍變電站2號主變壓器中性側經間隙接地運行，35kV曼西龍線處檢修。

故障前系統運行情況如圖1所示，圖中實心斷路器表示“運行”狀態，空心斷路器表示“斷開”狀態。

二、保護動作情況

2013年9月15日16時15分，220kV黎明變電站110kV黎楓線139斷路器零序Ⅰ段、接地距離Ⅰ段動作跳閘，重合閘動作重合成功；保護測距：5.875km，相別：C相；故障錄波測距：5.258km，相別：C相。110kV曼弄楓變電站110kV 2號主變壓器間隙過壓動作跳35kV曼開保線361斷路器。110kV勐龍變電站110kV2號主變壓器高后備保護間隙過流Ⅱ段動作跳102斷路器、302斷路器、002斷路器。

三、實際故障情況

2013年09月16日11：20分經巡視發現110kV黎楓線#15塔C相整串絕緣子雷擊閃絡。

四、保護動作情況分析

1、220kV黎明變電站110kV黎楓線保護動作情況

① 保護動作報告，如圖3所示：

②故障錄波報告，如圖4所示：

2、110kV曼弄楓變電站110kV2號主變壓器間隙過壓保護動作情況，如圖5所示：

3、110kV勐龍變電站110kV2號主變壓器Ⅱ段間隙保護動作情況

IJ=3.63A 動作時間0.503s （保護裝置顯示，打印報告沒有此內容）

4、分析故障錄波圖：

黎明變電站110kV黎楓線保護錄波圖，如圖6所示：

5、保護動作分析結論

通過分析各變電站保護動作報告及錄波圖，2013年09月05日110kV黎楓線路故障各站保護均動作正確，具體分析如下：

16：15：47. 355 110kV黎楓線因雷擊發生C相瞬時性接地故障

① 220kV黎明變電站側110kV黎楓線零序Ⅰ段、接地距離Ⅰ段保護動作跳閘，故障持續時間68ms，2523ms重合閘動作重合成功。

② 因110kV黎楓線故障，110kV曼弄楓變電站110kVⅡ段母線及110kV勐龍變電站110kV系統瞬時出現零序過電壓。110kV勐龍變電站側約68ms時，2號主變壓器中性點間隙擊穿，擊穿后零序電壓降低，出現間隙零序電流二次值達3.63A，間隙過流保護于0.503s動作跳開2號主變壓器三側斷路器。

③110kV勐龍變電站2號主變壓器跳開后，由于110kV曼弄楓變電站35kV曼開保護線上有小電源并入，110kV黎楓線故障點仍未隔離，使110kV曼弄楓變電站110kVⅡ段母線及110kV勐龍變電站110kV母線零序電壓升高，零序電壓升高后0.309s時，110kV曼弄楓變電站2號主變壓器間隙零序過壓保護動作跳35kV曼開保線。

④220kV黎明變電站側110kV黎楓線重合閘使用“檢母線有壓線路無壓”重合方式，重合閘時間1.5s。故障時220kV黎明變電站側110kV黎楓線保護動作約70ms跳開139斷路器，但由于110kV曼弄楓變電站有小電源并入，110kV黎楓線路仍帶有電壓，直至110kV曼弄楓變電站2號主變壓器間隙零序過壓保護動作跳35kV曼開保線（故障后約1s，即故障后約2.5s），才滿足重合閘條件重合成功。

五、存在問題

110kV黎楓線路發生接地故障，導致110kV曼弄楓變電站110kVⅡ段母線及110kV勐龍變電站110kV系統出現零序過電壓，但110kV勐龍變電站2號主變壓器保護不應出口跳閘。

簡單理論分析，此時110kV曼弄楓變電站110kVⅡ段母線及110kV勐龍變電站110kV系統出現零序過電壓值均基本相同，應由110kV曼弄楓變電站2號主變壓器間隙保護以較短時限（整定值為0.3s）先動作跳開小電源后，110kV勐龍變電站110kV系統電壓隨即恢復正常，2號主變壓器間隙保護元件返回不應再動作出口跳閘。

然而實際上，從故障錄波圖中不難發現110kV黎楓線路發生接地故障時，110kV曼弄楓變電站110kVⅡ段母線及110kV勐龍變電站110kV系統出現零序過電壓，波形中正弦波部分110kV曼弄楓和勐龍變電站側零序電壓值基本相同，但在約68ms處瞬間出現了非正弦波（瞬間暫態過電壓），此時刻勐龍變電站110kV系統零序電壓遠大于曼弄楓變電站110kVⅡ段母線零序電壓，使110kV勐龍變電站2號主變壓器中性點間隙擊穿，零序電壓降低，造成110kV曼弄楓變電站2號主變壓器間隙過壓保護不能先動作，而勐龍變電站2號主變壓器間隙保護先動作了。

故障時各變電站零序電壓錄波圖：

①110kV曼弄楓變電站110kVⅡ段母線零序電壓情況，如圖8所示：

經計算，故障時110kV曼弄楓變電站2號主變壓器中性點間隙零序電壓約為24.5kV。

查試驗報告，110kV曼弄楓變電站2號主變壓器中性點間隔距離為135mm，電壓值為58kV--60kV，試驗結果合格。

②110kV勐龍變電站110kVⅡ段母線零序電壓情況，如圖9所示：

經計算，故障時110kV勐龍變電站2號主變壓器中性點間隙零序電壓約為56kV。

110kV勐龍變電站于2013年06月投產，咨詢驗收情況：110kV勐龍變電站2號主變壓器中性點間隔距離為中性點間隔距離為118mm，電壓值為59kV--61kV，試驗結果合格。

六、下一步計劃及改進措施

1、根據《220kV和110kV主變壓器中性點過電壓保護配置與使用意見》（QB/YW102-002-2007）中4.3.5條款：在終端變電站運行的110kV分級絕緣變壓器，110kV中性點絕緣等級為66kV，中壓側或低壓側沒有小電源并網的系統，中性點可不接地運行。變壓器中性點只采用避雷器保護，應將棒間隙活動電極拆除并妥善保存，間隙零序過電流保護退出運行，零序過電壓保護應保留。為避免110kV黎楓線故障，110kV勐龍變電站2號主變壓器中性點間隙先擊穿，致使110kV勐龍變電站2號主變壓器間隙保護不能及時先動作，將終端變110kV勐龍變電站2號主變壓器中性點棒間隙活動電極拆除并妥善保存，退出間隙零序過電流保護。

2.查找最新整定計算規程資料，考慮將110kV勐龍變電站2號主變壓器零序過電壓保護動作時間適當整定長一點，確保與110kV曼弄楓變電站2號主變壓器零序過壓保護有充足裕度時間級差。

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作者簡介：祁有年（1994—），男，初級工程師，士學位，云南電網有限責任公司西雙版納供電局，從事工作：繼電保護。

（作者單位：云南電網有限責任公司西雙版納供電局）