淺談220 kV樞紐站變壓器接地中性點(diǎn)選擇

張 銘

（國(guó)網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺(tái) 100073）

0 引言

我國(guó)110 kV及以上電網(wǎng)一般采用大電流接地，也就是中性點(diǎn)直接接地方式。一方面在發(fā)生單相故障時(shí)，非故障相電壓不會(huì)因此升高，暫態(tài)過電壓水平低，設(shè)備絕緣壓力小；另一方面中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)故障電流大，提高了保護(hù)的靈敏性，可以使保護(hù)更快動(dòng)作，降低了設(shè)備的過電壓時(shí)間。如圖1所示，如果3臺(tái)變壓器中性點(diǎn)均接地，在中壓側(cè)發(fā)生越級(jí)的時(shí)候，由于3臺(tái)變壓器都始終有接地點(diǎn)，后備保護(hù)可以準(zhǔn)確切除故障所在母線，最大限度減少了負(fù)荷損失，提高了供電的可靠性。但是故障電流的增大使故障更難切除，進(jìn)而需要更大容量的斷路器，提升了造價(jià)。其次變壓器停運(yùn)時(shí)接地點(diǎn)數(shù)量的變化會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)零序電阻的變化，導(dǎo)致保護(hù)整定值不準(zhǔn)確，影響保護(hù)的可靠動(dòng)作。

圖1 220 kV樞紐站典型方式

1 管理制度

《北京電網(wǎng)調(diào)度控制管理規(guī)程》規(guī)定：變壓器并列運(yùn)行的220 kV變電站，至少應(yīng)有一臺(tái)變壓器220 kV、110 kV側(cè)中性點(diǎn)接地運(yùn)行。選擇原則如下：優(yōu)先選擇帶有站用變或10 kV出線的變壓器中性點(diǎn)接地；當(dāng)變電站有3臺(tái)或4臺(tái)變壓器時(shí)，選擇運(yùn)行于同一條母線上的2臺(tái)變壓器中的1臺(tái)接地[1]。簡(jiǎn)單地說就是帶10 kV重要負(fù)荷的變壓器中性點(diǎn)優(yōu)先接地；其次一條母線上有2臺(tái)變壓器的中性點(diǎn)優(yōu)先接地。

如圖1所示為典型的220 kV變壓器并列運(yùn)行的接線，1#、3#變運(yùn)行在5#母，2#變運(yùn)行在4#母，3#、2#變各帶一臺(tái)站用變及負(fù)荷，1#變只帶無功。下面分別分析中性點(diǎn)在3臺(tái)變壓器時(shí)的情況。正常運(yùn)行時(shí)，應(yīng)3#變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行。

2 故障分析

原因主要從中壓側(cè)故障越級(jí)考慮。220 kV保護(hù)為雙套配置而且還有失靈保護(hù)，故220 kV線路故障越級(jí)且失靈未動(dòng)作的情況很少。如果遇到220 kV 2套保護(hù)都拒動(dòng)導(dǎo)致失靈未啟動(dòng)的情況，則由所有220 kV線路對(duì)端的線路保護(hù)II段來切除故障。變壓器作為負(fù)荷側(cè)，其高壓側(cè)后備保護(hù)并不能切除故障，故高后備主要作為母差和中低壓側(cè)的后備保護(hù)。

而110 kV保護(hù)為單套配置且沒有配置失靈保護(hù)，當(dāng)線路故障越級(jí)時(shí)完全依靠變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)來切除故障。故中性點(diǎn)的選擇主要須考慮中后備動(dòng)作后的情況。

變壓器中壓側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作邏輯為中性點(diǎn)接地時(shí)I時(shí)限跳母聯(lián)，II時(shí)限跳本側(cè)。失去中性點(diǎn)后，變壓器中性點(diǎn)電壓偏移，間隙保護(hù)啟動(dòng)，0.5 s跳本變壓器三側(cè)。發(fā)生越級(jí)時(shí)，至少損失1條母線負(fù)荷，至多損失2臺(tái)變壓器負(fù)荷。以下是幾種方式的保護(hù)動(dòng)作結(jié)果。

2.1 1#變27-1、7-1接地方式

如圖2所示，當(dāng)110 kV 5#母線出線（單數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，1#變110 kV側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，第Ⅰ時(shí)限跳開母聯(lián)145開關(guān)，之后1#變第Ⅱ時(shí)限跳開101開關(guān)；此時(shí)，110 kV 5#母線相當(dāng)于接地故障仍未切除，且失去了中性點(diǎn)導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓偏移，3#變110 kV側(cè)間隙保護(hù)啟動(dòng)，0.5 s后動(dòng)作跳3#變?nèi)齻?cè)。導(dǎo)致3#變及110 kV 5#母線停電、10 kV 5#母線短時(shí)停電后245自投。

圖2 1#變中性點(diǎn)接地、5#母線越級(jí)負(fù)荷損失情況

如圖3所示，當(dāng)110 kV 4#母線出線（雙數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，1#變110 kV側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，第Ⅰ時(shí)限跳開母聯(lián)145開關(guān)，之后1#變保護(hù)返回；此時(shí)，110 kV 4#母線相當(dāng)于接地故障仍未切除，2#變間隙保護(hù)0.5 s后動(dòng)作，2#變跳三側(cè)。導(dǎo)致2#變及110 kV 4#母線停電、10 kV 4#母線短時(shí)停電后245自投。

圖3 1#變中性點(diǎn)接地、4#母線越級(jí)負(fù)荷損失情況

2.2 2#變27-2、7-2接地方式

如圖4所示，當(dāng)110 kV 5#母線出線（單數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，2#變110 kV側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，第Ⅰ時(shí)限跳開母聯(lián)145開關(guān)，之后2#變保護(hù)返回；此時(shí)，110 kV 5#母線相當(dāng)于接地故障仍未切除，1#變、3#變110 kV間隙保護(hù)0.5 s后動(dòng)作，1#變、3#變跳三側(cè)，造成1#變、3#變及110 kV 5#、10 kV 3#母線停電、10 kV 5#母線短時(shí)停電后245自投。

圖4 2#變中性點(diǎn)接地、5#母線越級(jí)負(fù)荷損失情況

如圖5所示，當(dāng)110 kV4#母線出線（雙數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，2#變110 kV側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，第Ⅰ時(shí)限跳開母聯(lián)145開關(guān)，之后第Ⅱ時(shí)限跳開102開關(guān)，切除故障，造成110 kV 4#母線停電。

圖5 2#變中性點(diǎn)接地、4#母線越級(jí)負(fù)荷損失情況

2.3 3#變27-3、7-3接地方式

如圖6所示，當(dāng)110 kV 5#母線出線（單數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，3#變110 kV側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，第Ⅰ時(shí)限跳開母聯(lián)145開關(guān)，第Ⅱ時(shí)限跳開103開關(guān)，此時(shí)，110 kV 5#母線相當(dāng)于接地故障仍未切除，1#變110 kV側(cè)間隙保護(hù)0.5 s后動(dòng)作，1#變跳三側(cè)，造成1#變、110 kV 5#母線、10 kV 3#母線停電。

圖6 3#變中性點(diǎn)接地、5#母線越級(jí)負(fù)荷損失情況

如圖7所示，當(dāng)110 kV 4#母線出線（雙數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，3#變110 kV側(cè)零序保護(hù)動(dòng)作，第Ⅰ時(shí)限跳開母聯(lián)145開關(guān)，第Ⅱ時(shí)限跳開103開關(guān)，此時(shí)，110 kV 4#母線相當(dāng)于接地故障仍未切除，2#變110 kV側(cè)間隙保護(hù)0.5 s后動(dòng)作，2#變跳三側(cè)，造成2#變、110 kV 4#母線停電，10 kV 4#母線短時(shí)停電后245自投。

圖7 3#變中性點(diǎn)接地、4#母線越級(jí)負(fù)荷損失情況

3 結(jié)束語(yǔ)

如表1所示，若2#變27-2、7-2接地，當(dāng)110 kV 5#母線出線（單數(shù)）發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，造成2臺(tái)主變跳閘（1#變、3#變），損失最大；若1#變27-1、7-1接地或3#變27-3、7-3接地，無論110 kV 4#母線或5#母線出線發(fā)生接地故障且開關(guān)拒動(dòng)時(shí)，均造成一臺(tái)主變跳閘（2#變或1#變）。但是1#變中性點(diǎn)接地時(shí)，3#變跳閘，造成1臺(tái)所內(nèi)和一部分10 kV負(fù)荷短時(shí)失電。而3#變中性點(diǎn)接地時(shí)，1#變跳閘，10 kV只會(huì)損失無功。

表1 各中性點(diǎn)接地方式下110 kV越級(jí)負(fù)荷損失

綜上所述，最合理運(yùn)行方式為3#變27-3、7-3接地運(yùn)行。