110kV主變間隙過壓保護動作分析及改進措施

馬金山 吳繼雄 瞿輝

摘要：通過兩個案例分析了主變間隙過壓保護動作原因，并提出了改進措施，防止因系統故障造成主變間隙過壓保護動作，擴大事故范圍。

關鍵詞：主變保護;間隙過壓;光纖差動

0? ? 引言

我國110 kV及以上電力系統為中性點有效接地系統，但不是所有的110 kV及以上電壓等級的變壓器中性點都要直接接地。考慮到系統短路容量的問題，如全部接地，系統零序阻抗變小，系統發生接地后短路電流較大，因此要考慮部分變壓器中性點不接地。根據《電力變壓器運行規程》要求，110 kV及以上不接地的變壓器中性點要采取間隙保護措施。當發生單相接地故障時，變壓器所接的電力網失去接地中性點，若間隙電流（電壓）達到過壓保護定值，經0.3～0.5 s時限動作斷開變壓器各側斷路器。

2018年6月3日，110 kV麻城變因10 kV側有小電源系統，主供線路發生單相接地故障，造成#1主變間隙過壓保護動作，跳開#1主變三側開關。2019年2月11日，110 kV象山變主供線路發生接地及斷線故障，造成#2主變高后備間隙過壓保護動作，跳開#2主變兩側開關。從以上兩個案例來看，110 kV變電站存在主供線路故障造成主變間隙過壓保護動作風險。本文將對故障案例進行分析，并提出整改措施。

1? ? 間隙過壓保護動作分析

1.1? ? 110 kV麻城變間隙過壓保護動作分析

2018年6月3日，110 kV麻城變由麻花線主供，麻花線路（靠花竹變）發生B相接地故障，花竹變距離、零序保護動作后跳開花竹側開關DL1，如圖1所示。因110 kV麻城變為受電側，距離、零序保護未動作。麻城變10 kV母線接有小電源E2，當主供線路跳閘后，能維持麻城變一定時間的電壓。麻城變因DL1跳閘與系統脫網，1T中性點未接地，相當于不接地系統運行。麻城變DL2、DL3、DL4、DL5未跳閘，麻花線的接地點未隔離，因小電源的原因，非故障相電壓升高■倍，二次零序電壓上升到300 V左右，達到主變間隙保護動作值，110 kV麻城變#1主變間隙保護動作。

1.2? ? 110 kV象山變間隙過壓保護動作分析

2019年2月11日，110 kV象山變主供線路南象線（靠象山側）發生先接地后斷線故障。其動作時序為：110 kV南象線線路C相接地—南橋側保護啟動—0.7 s線路發生斷線（靠南橋側仍然接地），靠象山側斷線—象山側間隙保護啟動—0.5 s后象山變#2主變間隙保護動作跳兩側，南橋變南象線接地距離Ⅱ段動作跳南象線。南象線C相接地網絡圖如圖2所示。

1.2.1? ? 南象線接地后象山側零序電壓分析

如圖3所示，110 kV南象線發生C相接地后，因110 kV象山變中性點未接地且無電源，因此C相母線電壓降為0 V，根據公式得3U0為100 V。該零序電壓小于間隙保護動作值，象山變間隙過壓保護不啟動。

1.2.2? ? 南象線（象山側）斷線后零序電壓分析

南象線發生C相接地700 ms后，象山變故障錄波顯示C相電壓升高到相電壓和3U0升高到200 V，說明線路靠象山側發生斷線故障，即象山變C相與故障點脫離，象山110 kV母線為非全相運行。象山變110 kV母線C相電壓由變壓器高壓側三相繞組構成電壓回路，其一次電壓為A相與B相電壓的相量和，因此C相的二次電壓升到相電壓，3U0升到200 V左右。南象線斷線后網絡如圖4所示。

200 V為理論值，但實際該零序電壓應小于200 V，因母線電壓受負荷和變壓器阻抗影響，若變壓器為空載時可達到200 V。經系統查詢，故障時象山變的#1主變負荷為25 MW，#2主變負荷為19 MW（無功為3 Mvar），此時母線電壓可由公式（1）計算：

雖然受負荷和變壓器阻抗影響，母線電壓均比理論低，但不會低很多，因線路阻抗較小。故障錄波顯示3U0為194 V，充分說明該時刻發生斷線故障。

此時3U0電壓大于間隙過壓保護定值，#2主變間隙保護動作。

2? ? 解決措施

2.1? ? 帶有小電源變電站線路解決措施

將帶有小電源變電站的線路保護更換為光差保護可有效解決該問題。當線路發生接地后，光差保護跳開兩側斷路器，對于主供側來說故障點被隔離，對于小電源側變電站來說，系統可變為不接地方式運行，因故障點被隔離，可有效防止主變間隙保護動作。

2.2? ? 無小電源變電站線路解決措施

無小電源的變電站，當主供線路發生故障后，保護裝置快速切除故障跳兩側開關，受電側母線失壓，主變放電間隙不動作，此時受電側可通過自動裝置彌補失壓事件。

3? ? 結語

根據上述分析，光纖差動保護快速切除線路故障可有效防止受電側主變間隙過壓動作。雖然本文列舉了兩種風險，但在正常運行時其發生的概率較小。荊門110 kV線路完全配置光差保護也不是一朝一夕就能完成的，為了防止類似事件的發生，若線路時間級差滿足配合要求，可考慮縮短距離保護Ⅱ段時限。

收稿日期：2020-06-04

作者簡介：馬金山（1971—），男，湖北荊門人，工程師，高級技師，主要從事變電管理工作。

吳繼雄（1978—），男，湖北荊門人，工程師，技師，主要從事變電管理工作。

瞿輝（1971—），男，湖北荊門人，工程師，技師，主要從事變電檢修管理工作。