張 維

（東華工程科技股份有限公司 安徽 合肥 230022）

0 引言

電力變壓器的安全運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定地工作。其中性點(diǎn)接地方式，按照運(yùn)行的需要大致可分為兩類：中性點(diǎn)有效接地和中性點(diǎn)非有效接地。在我國(guó)電力系統(tǒng)中，35kV電壓等級(jí)以下系統(tǒng)一般采用中性點(diǎn)非有效接地方式運(yùn)行。110kV電壓等級(jí)以上系統(tǒng)，一般采用中性點(diǎn)有效接地方式運(yùn)行，在這個(gè)系統(tǒng)中，為了保持系統(tǒng)零序阻抗不變，至少有一點(diǎn)是保持接地的，其它變壓器則通過放電間隙間接接地。而國(guó)產(chǎn)110kV變壓器一般采用分級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，中性點(diǎn)絕緣有35kV、44kV、60kV等電壓等級(jí)。對(duì)于中性點(diǎn)不直接接地的分級(jí)絕緣變壓器，中性點(diǎn)保護(hù)一般采用放電間隙并聯(lián)氧化鋅避雷器。

本文通過分析棒間隙并聯(lián)避雷器保護(hù)的作用與分工，闡述了避雷器與棒間隙的配合使用對(duì)保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣的重要性和變壓器間隙保護(hù)整定的方法并且對(duì)存在的問題和原因做出分析，給出了保護(hù)整定配合改進(jìn)的合理方案。

1 棒間隙并聯(lián)避雷器保護(hù)的作用與分工

棒間隙并聯(lián)避雷器保護(hù)的作用分工是：避雷器主要針對(duì)雷電過電壓；放電間隙主要針對(duì)在110kV有效接地系統(tǒng)中因故障形成局部不接地系統(tǒng)所產(chǎn)生的工頻過電壓，以及非全相運(yùn)行和鐵磁諧振帶來(lái)的過電壓。這種方式既對(duì)變壓器中性點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，又達(dá)到互為保護(hù)的目的。

在JB/T5894－91《交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則》中給出，中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中分級(jí)絕緣變壓器，當(dāng)其中性點(diǎn)未接地時(shí)，中性點(diǎn)避雷器的額定電壓應(yīng)不低于變壓器的最高相電壓[1]?！督涣麟姎庋b置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中給出：“應(yīng)避免在110kV及220kV有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過電壓，對(duì)可能形成這種局部系統(tǒng)、低壓側(cè)有電源的110kV及220kV變壓器不接地的中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)間隙”[2]。為滿足以上要求，避雷器額定電壓應(yīng)不低于避雷器安裝點(diǎn)的暫時(shí)過電壓，避雷器的殘壓低于變壓器中性點(diǎn)沖擊耐受水平的85%，棒間隙的工頻放電電壓要低于避雷器的持續(xù)運(yùn)行電壓，以保護(hù)避雷器不損壞。水平間隙間距的選擇應(yīng)能保證：

1）因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時(shí)，間隙可靠動(dòng)作；

2）系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時(shí)，間隙不應(yīng)動(dòng)作?；谝陨显瓌t假設(shè)一變壓器中性點(diǎn)避雷器與棒間隙的配置如表1所示。

表1 變壓器中性點(diǎn)避雷器與棒間隙的配置

從上表中可以看出棒間隙與氧化鋅避雷器的電壓存在級(jí)差。氧化鋅避雷器的動(dòng)作條件取決于過電壓的幅值和侵入波陡度，然而在實(shí)際系統(tǒng)中，會(huì)出現(xiàn)線路遭受雷擊，雷電波延線路到達(dá)變電站這一過程中，由于線路波阻抗減小了通過中性點(diǎn)避雷器的雷電流，降低了中性點(diǎn)過電壓幅值，同時(shí)導(dǎo)線沖擊電暈的影響削弱了侵入波的陡度，因此，避雷器的兩個(gè)動(dòng)作條件沒有同時(shí)滿足，氧化鋅避雷器拒動(dòng)。而間隙被擊穿的條件是過電壓幅值達(dá)到間隙的擊穿電壓即可。

由上可知，中性點(diǎn)不接地的分級(jí)絕緣變壓器，中性點(diǎn)間隙在抑制在110kV有效接地系統(tǒng)中因故障形成局部不接地系統(tǒng)所產(chǎn)生的工頻過電壓、非全相運(yùn)行、鐵磁諧振過電壓的同時(shí)，也能在線路遭受雷擊時(shí)，雷電波沿線路侵入變電站到達(dá)變壓器中性點(diǎn)，產(chǎn)生較高的雷電過電壓，而這一過電壓又不能使避雷器動(dòng)作，以降低中性點(diǎn)過電壓時(shí)，可以靠間隙擊穿來(lái)泄流，保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣不受損害。表明主變壓器中性點(diǎn)避雷器與棒間隙的配合使用可以有效保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣。

2 變壓器間隙保護(hù)整定和存在的問題原因分析

2.1 變壓器間隙電流保護(hù)整定

1）按照 DL/T 584－95《3～110kV 電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程》中4.2.5.4條規(guī)定“110kV變壓器中性點(diǎn)放電間隙零序電流保護(hù)的一次電流定值一般可整定為40～100A，保護(hù)動(dòng)作后帶0.3～0.5s延時(shí)跳變壓器各側(cè)斷路器?！盵3]

4.2.5.5條規(guī)定“對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)放電間隙接地的半絕緣水平的110kV變壓器的零序電壓保護(hù)，其3U0定值一般整定為150～180V(額定值為 300V)，保護(hù)動(dòng)作后帶 0.3～0.5s延時(shí)跳變壓器各側(cè)斷路器?！盵3]

2）主變中性點(diǎn)過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)的基本原則，在110kV有效接地系統(tǒng)中形成的局部不接地（如中性點(diǎn)接地變壓器誤跳閘）或低壓側(cè)有電源的不接地變壓器的中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)放電間隙和間隙過電流保護(hù)，間隙過電流保護(hù)在間隙放電時(shí)應(yīng)及時(shí)切除變壓器。

變壓器中性點(diǎn)間隙值的選擇應(yīng)滿足以下三個(gè)條件[3]：

①在系統(tǒng)有效接地方式下，躲過單相接地暫態(tài)電壓；

②中性點(diǎn)絕緣不會(huì)遭到過電壓損害，即間隙的標(biāo)準(zhǔn)雷電波動(dòng)作值應(yīng)小于變壓器中性點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)雷電波耐受值；

③在系統(tǒng)失去接地中性點(diǎn)且發(fā)生單相接地故障時(shí)，間隙應(yīng)動(dòng)作放電。

在計(jì)算間隙值時(shí)，對(duì)③一般以正?；蜃畹瓦\(yùn)行電壓下，單相接地時(shí)中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)過電壓進(jìn)行驗(yàn)算；對(duì)于②則按暫態(tài)過電壓取1.6倍穩(wěn)態(tài)過電壓峰值驗(yàn)算間隙操作波沖擊放電電壓值，可保證足夠裕度。由上述計(jì)算確定間隙距離最大值。對(duì)條件①應(yīng)以最高運(yùn)行電壓Uxg驗(yàn)算，并確定間隙距離最小值。實(shí)際計(jì)算中，中性點(diǎn)電壓U0一般取穩(wěn)態(tài)過電壓進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算公式如下：

系統(tǒng) X X0/X1＜3，因此 取 0.6Uxg。

經(jīng)計(jì)算，110kV中性點(diǎn)間隙距離可取110～135mm，220kV中性點(diǎn)間隙距離可取260～295mm。

2.2 以前經(jīng)常發(fā)生110kV線路接地而主變間隙保護(hù)跳主變各側(cè)開關(guān)問題

1）如圖1：在110kV線路AB靠近B側(cè)發(fā)生接地故障時(shí)，A側(cè)的零序保護(hù)Ⅱ或Ⅲ段正確動(dòng)作 （一般零序Ⅲ段動(dòng)作的幾率大，因?yàn)榻?jīng)過渡電阻的接地的故障幾率更大，導(dǎo)致經(jīng)過渡電阻的接地故障零序電流達(dá)不到零序Ⅱ段定值）。所以A側(cè)零序保護(hù)經(jīng)過大于0.5s的時(shí)間動(dòng)作切除故障，A側(cè)的接地距離和零序Ⅰ段不會(huì)動(dòng)作。

2）而B站的1#主變1B間隙保護(hù)時(shí)限規(guī)程規(guī)定為≤0.5s，所以110kV AB線路A側(cè)開關(guān)跳閘前，B站的經(jīng)過間隙接地的主變，間隙保護(hù)先跳主變各側(cè)開關(guān)。

3）以前為解決此矛盾采取將線路末端的主變間隙保護(hù)時(shí)限延長(zhǎng)的方法，整定為≥1.5s。此辦法存在重大隱患（主變中性點(diǎn)過電壓損害主變絕緣），最嚴(yán)重的后果是燒損主變。

圖1 簡(jiǎn)圖Fig.1 Simulation sketch

3 110 kV線路接地而跳主變各側(cè)開關(guān)問題的解決方案（保護(hù)整定配合的改進(jìn)）

3.1 首先，將110kV電網(wǎng)系統(tǒng)的保護(hù)時(shí)限級(jí)差縮短為0.3s。如果原來(lái)時(shí)限級(jí)差為0.5s，那就一定要縮短為0.3s。

3.2 其次，在110kV線路保護(hù)中設(shè)接地距離Ⅱ段保護(hù)。對(duì)普通110kV線路，接地距離Ⅱ段可以按保靈敏度整定，本線路末端故障時(shí)應(yīng)滿足如下靈敏系數(shù)的要求：

1）對(duì)50km以上的線路不小于1.3；

2）對(duì)20～50km的線路不小于1.4；

3）對(duì)20km以下的線路不小于1.5。

對(duì)于上下級(jí)線路為長(zhǎng)短線路配合的關(guān)系，就不能簡(jiǎn)單的按保靈敏度整定，為防止誤動(dòng)，接地距離Ⅱ段要和下一級(jí)線路的Ⅰ段配合。接地距離Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限一般可以整定為0.3s，級(jí)差為 0.3s。

3.3 零序保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限級(jí)差也是0.3 s，這樣零序保護(hù)Ⅱ段的動(dòng)作時(shí)限一般為0.3或0.6s。

3.4 將所有主變壓器間隙保護(hù)（包括間隙過電流和間隙過電壓）時(shí)限都整定為0.5s。以上的整定方法是符合《3～110kV繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置整定規(guī)程》要求的。實(shí)施了以上步驟后，AB線路再發(fā)生如圖1所示的接地故障，首先是A側(cè)接地距離Ⅱ段或零序保護(hù)Ⅱ段0.3s動(dòng)作跳閘，而B站的1#主變1B間隙保護(hù)啟動(dòng)后經(jīng)過時(shí)限0.5s返回，解決了110kV線路接地而跳主變各側(cè)開關(guān)的問題。

本文通過闡述了避雷器與棒間隙的配合使用對(duì)保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣的重要性和變壓器間隙保護(hù)整定的方法。分析了110kV線路發(fā)生接地故障，而線路末端110kV主變間隙保護(hù)動(dòng)作跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)的原因，對(duì)110kV側(cè)系統(tǒng)有關(guān)保護(hù)整定存在的問題，從變壓器中性點(diǎn)間隙距離選擇、間隙電流保護(hù)整定配合等方面進(jìn)行了研究分析，提出了可行的改進(jìn)措施，提高了電網(wǎng)供電的可靠性。

［1］DL/T 620－1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].

［2］JB/T5894－91交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器使用導(dǎo)則[S].

［3］DL/T 584－953～110kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程[S].

［4］王梅義.電網(wǎng)繼電保護(hù)應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社，2000.