線路非全相運行的危害分析及防范措施

劉牛 徐波 陳亞新

摘?要：現有的110kV變電站110kV進線都配有重合閘裝置，當線路故障后發生非全相運行時，重合閘也能動作成功，這時如何預防線路非全相運行對變壓器絕緣和倒閘操作的危害，是當前運維人員需要特別注意的問題。該文通過對非全相運行危害的分析，提出線路非全相運行時變壓器保護配置和運維倒閘操作注意事項。

關鍵詞：非全相;絕緣;保護配置

現有110kV變電站的110kV進線對側開關一般配有重合閘裝置，線路發生故障時，重合閘裝置正常動作。當線路發生永久性故障時，則重合不成;當線路發生瞬時性故障或者斷線非全相運行時，則重合成功。由于線路故障斷線非全相運行時，中性點不接地變壓器的中性點處會產生高壓，而110kV及以上變壓器主要采用分級絕緣工藝，所以線路非全相運行勢必對變壓器安全運行造成影響。

1?非全相運行的產生

220kV及以上開關一般采用分相操動機構，當線路發生單相接地和兩相接地時，根據具體的重合閘方式選擇，可進行單重、多重或綜重方式。當采用單重或綜重方式時，在線路發生單相接地跳閘后重合閘前線路處于非全相運行狀態。110kV及以下開關則一般采用三相聯動機構，一般在線路開關合閘不同期或線路出現斷線故障時，會出現線路非全相運行狀態。

2?非全相運行的危害

從變壓器的絕緣角度來說，電力系統中運行的變壓器分為全絕緣和半絕緣變壓器，對于全絕緣變壓器其中性點絕緣水平與相線端絕緣水平相同，但對于半絕緣變壓器其中性點絕緣水平比相線端低得多（我國110kV變壓器中性點用35kV、44kV、60kV級絕緣[1]，220kV變壓器中性點用110kV級絕緣，330kV變壓器中性點用154kV級絕緣）。110kV及以上系統考慮到絕緣成本問題一般變壓器采用分級絕緣工藝，變壓器中性點適宜直接接地，而為了減少短路發生時的零序電流，往往采取將部分變壓器中性點直接接地，其他變壓器中性點不接地的運行方式。對于有效接地系統，變壓器中性點是直接接地的，其中性點不需要采取過電壓保護措施，而對中性點不接地的變壓器，中性點絕緣就必須采取過電壓保護。當雷電波從線路侵入變電站到達變壓器中性點以及系統單相接地、非全相運行、特別是伴隨產生變壓器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產生較高的雷電過電壓或工頻暫態過電壓，對分級絕緣變壓器中性點構成威脅，甚至是絕緣損壞。

2.1?故障時變壓器中性點的電壓

在大電流接地系統中，并非所有變壓器中性點都接地，對于中性點接地的變壓器，其中性點固定為地電位;對于中性點不接地的變壓器，當系統發生單相接地和非全相運行時，變壓器中性點處會產生高電壓。

2.1.1?中性點有效接地系統發生單相接地

中性點不接地的變壓器的中性點電壓U0與接地系數k有關：

U0=kk+2Uφ（1）

其中：Uφ為最高運行相電壓，取121/3kV即70kV（以110kV系統為例），接地系數k=x0/x1（x0為零序阻抗，x1為正序阻抗），其值一般在1.5與3.0之間。

根據式（1），當k=3時，可計算出變壓器的最大中性點電壓U0為42kV。

接地發生時，變壓器放電間隙的工頻耐壓值應高于變壓器的中性點電壓值，防止線路單相接地時變壓器間隙保護動作（對于低壓側無電源的變壓器）。

2.1.2?線路發生非全相運行

當變壓器電源進線發生斷線非全相運行時，變壓器中性點上會產生近似為相電壓[2]的電壓值，即70kV（121/√3以110kV系統為例），變壓器中性點間隙的選擇應滿足間隙工頻耐壓值低于該電壓值。

故110kV變壓器中性點間隙的工頻耐壓值應介于42kV與70kV之間，以保證間隙保護能正確動作，而為防止間隙保護頻繁動作，工頻放電電壓值應保留有1.5倍左右的裕度[2]。

2.2?對變壓器絕緣的危害

110kV線路單相接地故障跳閘后線路斷線，線路重合閘重合成功，線路非全相運行，中性點有效接地系統中未配置有間隙過流保護的中性點不接地變壓器放電間隙就會出現持續放電現象。隨著持續放電，采用棒-棒間隙的兩端圓鋼[3]就會發生高溫燃燒熔化，導致間隙距離增大，間隙的工頻放電電壓值也會隨之增大，當間隙的工頻放電電壓值大于變壓器中性點電壓時，間隙處將停止放電，此時變壓器中性點絕緣將承受相電壓，容易造成變壓器中性點絕緣的損壞。

2.3?對運維倒閘操作的危害

一般出線帶有光伏小電廠的110kV變電站變壓器會配置有間隙保護，在110kV線路單相接地故障跳閘，同時變壓器間隙保護動作跳閘后，線路三相重合閘動作重合成功（此時線路斷線），變壓器停止運行。運維人員和檢修人員到現場檢查試驗無異常后準備送電，現場人員未注意到線路缺相運行就執行送電操作。而在運維倒閘操作票的步驟中，變壓器停送電需要先合上中性點接地閘刀，送電后再拉開中性點接地閘刀，以防止操作過電壓對變壓器絕緣的損壞。最先合上中性點接地閘刀時變壓器不帶電，但變壓器送電后發生非全相運行，由于未配置中性點零序過流保護，變壓器非全相運行時未跳閘。此時變壓器中性點閘刀中存在零序電流，最后拉開中性點接地閘刀時發生了帶負荷拉閘刀。

3?非全相運行的處理

3.1?開關非全相運行

根據開關發生不同的非全相運行情況，分別采取以下措施：

（1）開關單相自動跳閘，造成兩相運行時，如斷相保護啟動的重合閘沒動作，可立即指令現場手動合閘一次，合閘不成功則應切開其余二相開關。

（2）如果開關是兩相斷開，應立即將開關拉開。

（3）如果非全相開關采取以上措施無法拉開或合入時，則馬上將線路對側開關拉開，然后到開關機構箱就地斷開開關。

（4）也可以用旁路開關與非全相開關并聯，用閘刀解開非全相開關或用母聯開關串聯非全相開關切斷非全相電流。

（5）如果發電機出口開關非全相運行，應迅速降低該發電機有功、無功出力至零，然后進行處理。

（6）母聯開關非全相運行時，應立即調整降低母聯開關電流，倒為單母線方式運行，必要時應將一條母線停電。

3.2?線路非全相運行

由于線路非全相運行主要對受電端的主變中性點絕緣造成影響，因此，當給主變送電時發生線路非全相運行時，變電運維人員應主動觀察線路避雷器泄漏電流示數或帶電顯示器指示是否正常，發現一相為零或一相帶電顯示器顯示無電時，應停止合開關的操作，防止主變非全新運行。條件允許時也可考慮在受電端本側開關合閘回路中增加電壓判據，如果出現線路泄漏電流指示為零或帶電顯示器顯示無電時，本側開關無法合閘，從而可以避免主變非全新運行。

4?總結

上述針對非全相運行的產生與危害進行了分析，根據以上分析，提出以下幾點運行注意事項及防范措施。

（1）嚴格把關設備驗收，對變壓器中性點間隙距離進行實際測量論證[4]，對棒-棒間隙的鋼棒加工質量進行在廠監造，對產品用材、加工、運輸與安裝質量進行把關。

（2）發生間隙保護動作時，應仔細檢查設備狀態，要求對重合成功的線路避雷器泄露電流和帶電顯示器進行檢查，防止發生變壓器送電時的非全相運行，避免人員帶負荷拉中性點接地閘刀;條件允許時也可考慮在受電端本側開關合閘回路中增加電壓判據。

（3）完善變壓器間隙保護配置，對110kV變電站變壓器加裝間隙過流電流保護、零序電壓保護和中性點零序過流保護，以防止變壓器絕緣受損和運維倒閘操作事故。

（4）加裝高清探頭，針對處于監控死角的設備特別的是屋頂設備加裝高清探頭，便于隨時觀察設備運行狀態。

參考文獻：

[1]李愛華，卿澳.淺談110kV主變中性點放電間隙的作用[J].電力系統保護與控制，2010，38（7）：139-141.

[2]秦家遠，阮江軍.變壓器中性點過電壓保護綜述[J].華中電力，2006，19（1）：17-20.

[3]趙新衛.主變中性點保護間隙擊穿的原因分析[J].農村電氣化，2010（8）：31-32.

[4]梁乾兵.一起變壓器中性點間隙擊穿的事故分析[J].繼電器，2006，34（10）：81-84.

作者簡介：劉牛（1985—），男，漢族，江蘇句容人，碩士研究生，電力工程技術工程師，研究方向：電氣工程。