鄧革偉

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南株洲412011)

變壓器中、低壓側(cè)有小電源的中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化選擇

鄧革偉

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司株洲供電分公司，湖南株洲412011)

Optimization selection of neutral grounding state of transformer with small power source in low and medium voltage side

通過(guò)一例變電站主變中性點(diǎn)間隙保護(hù)動(dòng)作的具體事例，分析了其“誤動(dòng)”的原因，列舉了輔助防范措施，重點(diǎn)從直接接地、間隙接地兩個(gè)方面，探討了變壓器中、低壓側(cè)有小電源的中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化選擇問(wèn)題，給出了一些解決問(wèn)題的建議。

變壓器；小電源；中性點(diǎn)；優(yōu)化選擇

電力系統(tǒng)中，變壓器中性點(diǎn)的接地方式，一般說(shuō)有下列三種:直接接地、間接接地(經(jīng)中性點(diǎn)間隙或消弧線圈接地)和不接地。110 kV電壓等級(jí)的電力系統(tǒng)，變壓器中性點(diǎn)一般采用直接或經(jīng)間隙接地方式，而35—10 kV電壓等級(jí)電力系統(tǒng)一般采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，當(dāng)發(fā)生單相線路接地時(shí)，一般允許運(yùn)行1～2 h。

隨著10 kV及以下配網(wǎng)日益強(qiáng)大，110 kV變壓器中、低壓側(cè)有小電源的方式也是越來(lái)越多，特別是一些小水電發(fā)電比較集中的山區(qū)。變壓器中性點(diǎn)如何選擇接地方式，保護(hù)好主設(shè)備，通過(guò)一起110 kV變電站主變中性點(diǎn)間隙保護(hù)“動(dòng)作”的事例中，探討中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化選擇。

1 事故過(guò)程

某110 kV變電站110 kV，35 kV運(yùn)行接線如圖1所示，運(yùn)行方式是:110 kV 508線路主供，504線路熱備用，502線路運(yùn)行為另一變電站備用電源(對(duì)側(cè)斷路器處于熱備用狀態(tài))；35 kV線路414運(yùn)行，帶一個(gè)35 kV變電站負(fù)荷；406線路運(yùn)行，為另一個(gè)35 kV變電站備用電源；402線路運(yùn)行，帶用戶負(fù)荷；10 kV 304線路運(yùn)行，其他10 kV線路熱備用；1號(hào)主變?nèi)齻?cè)運(yùn)行(目前該變電站為單臺(tái)變壓器)，中性點(diǎn)刀閘5×16斷開。

圖1 110 kV變電站運(yùn)行接線圖

13時(shí)左右，508線路對(duì)側(cè)526保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合成功；但該110 kV變電站的1號(hào)主變高壓側(cè)間隙過(guò)壓第一時(shí)限保護(hù)動(dòng)作跳三側(cè)開關(guān)(間隙電壓247.113 V，整定值180 V)。

事后調(diào)查，508線路對(duì)側(cè)526開關(guān)接地距離Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合成功，系508線路73號(hào)桿(全線126基桿)C相遭雷擊所致。現(xiàn)場(chǎng)檢查該變電站一、二次設(shè)備(含主變)無(wú)異常，將1號(hào)主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行，投入110 kV中性點(diǎn)零序保護(hù)，該變電站恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

2 原因分析

2.1 設(shè)備參數(shù)及整定原則

該變電站1號(hào)主變型號(hào)為SSZ11-50000/110，接地方式為中性點(diǎn)經(jīng)間隙接地方式，主變保護(hù)配置差動(dòng)保護(hù)、復(fù)閉過(guò)流保護(hù)、高壓側(cè)間隙過(guò)壓保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)；1號(hào)主變保護(hù)過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作值: Ug.0.op為180 V，T為0.3 s，跳變壓器高、中、低壓三側(cè)斷路器；過(guò)電流保護(hù)定值為100 A/ngj，中性點(diǎn)零序TA變比一般為100/1，故整定值為1 A，時(shí)限為4.5 s跳三側(cè)。

508線路該側(cè)保護(hù)配置:距離保護(hù)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段；零序電流Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段；重合閘檢同期。

508線路對(duì)側(cè)526線路保護(hù)配置:距離保護(hù)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段，零序電流Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段；重合閘檢無(wú)壓。

2.2 保護(hù)動(dòng)作分析

第一階段:508線路73號(hào)桿C相遭雷擊(全線126級(jí)桿)，線路發(fā)生單相接地故障，系統(tǒng)產(chǎn)生零序電流，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障錄波，線路對(duì)側(cè)526保護(hù)故障時(shí)系統(tǒng)測(cè)量阻抗為4.15 Ω，小于整定值5.45 Ω，保護(hù)正確動(dòng)作。變電站側(cè)508故障電流為0.12 A(折算到一次側(cè)為72 A)，508保護(hù)裝置啟動(dòng)，但由于故障電流太小(比負(fù)荷電流還小)，因此保護(hù)裝置未判斷出故障，保護(hù)未出口，5 s后裝置返回，保護(hù)正確“不動(dòng)作”。

第二階段:線路對(duì)側(cè)526保護(hù)跳閘后，由于該站35 kV部分的414線路上接有小水電并網(wǎng)，總裝機(jī)容量約6 225 kW，當(dāng)時(shí)上網(wǎng)約5 500 kW，該變電站供電區(qū)成為不接地系統(tǒng)，中性點(diǎn)電壓發(fā)生位移，非故障相電壓快速上升，按照故障錄波顯示，該變電站110 kVⅠ母3U0達(dá)247.113 V，超過(guò)整定值180 V，1號(hào)主變高壓側(cè)間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作，第一時(shí)限0.3 s后跳該變1號(hào)主變?nèi)齻?cè)，保護(hù)正確動(dòng)作。

第三階段:該變電站1號(hào)主變跳閘后，508線路兩側(cè)無(wú)電源，雷擊點(diǎn)電弧熄滅，絕緣恢復(fù)，3.5 s后下526重合閘動(dòng)作，故重合成功。

2.3 間隙零序過(guò)流保護(hù)未動(dòng)作分析

該變電站1號(hào)主變中性點(diǎn)采用棒形放電間隙并聯(lián)避雷器的保護(hù)方式，所配避雷器型號(hào)為Y1.5W5－73/173W。根據(jù)《國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司防止110 kV及以上變壓器損壞和跳閘重點(diǎn)措施(2014版)》要求:絕緣水平為60 kV的110 kV中性點(diǎn)間隙整定距離為150 mm，其工頻放電電壓約為75 kV，此次1號(hào)主變中性點(diǎn)間隙整定距離為150 mm，110 kV側(cè)中性點(diǎn)在失去110 kV系統(tǒng)接地點(diǎn)后單相接地時(shí)不平衡電壓接近主變壓器額定相電壓63.5 kV，放電間隙未擊穿放電，未形成零序電流，故零序過(guò)流保護(hù)未動(dòng)作。

3 防范及優(yōu)化選擇

3.1 輔助防范措施

一是通過(guò)優(yōu)化110 kV線路、變壓器保護(hù)配置，來(lái)防止主變保護(hù)誤動(dòng)。目前類似的變壓器中、低壓側(cè)存在小電源的變電站，110 kV線路保護(hù)配置不完善、變壓器保護(hù)配置不完整的問(wèn)題還存在。一些110 kV線路未配置線路保護(hù)，而普通的距離零序保護(hù)，就線路兩側(cè)而言，整定值相同的情況下，小電源側(cè)所能供給的故障電流較小，保護(hù)不動(dòng)作的可能性大。建議采用全線快速、帶弱饋的光纖縱差保護(hù)，提高保護(hù)的可靠動(dòng)作性。對(duì)110 kV分級(jí)絕緣、年限久、有缺陷的主變進(jìn)行一次評(píng)估，盡快進(jìn)行更換不合格的主變保護(hù)裝置，特殊情況，考慮其中性點(diǎn)直接接地方式的應(yīng)用。二是間隙保護(hù)整定原則可以進(jìn)一步優(yōu)化。按照目前整定原則，110 kV變壓器間隙過(guò)電壓保護(hù)定值為180 V，時(shí)限0.3 s跳主變各側(cè)。如果能夠考慮間隙過(guò)電壓保護(hù)分兩段時(shí)限，第一時(shí)限先動(dòng)作跳閘切除帶有小電源的35 kV或10 kV線路，第二時(shí)限再切除主變各側(cè)。切除帶有小電源的線路后，線路無(wú)任何電源，等線路重合成功或備自投動(dòng)作成功，恢復(fù)該站負(fù)荷的正常供電。

3.2 中性點(diǎn)接地方式探討

3.2.1 直接接地

優(yōu)勢(shì)在于故障情況下，設(shè)備免受過(guò)電壓的考驗(yàn)，中性點(diǎn)位移電壓控制在相電壓的30%以下。風(fēng)險(xiǎn)在于:一是中性點(diǎn)接地太多造成零序網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，零序阻抗減小，保護(hù)靈敏度降低；二是當(dāng)電源比較小時(shí)，特別是經(jīng)過(guò)幾級(jí)設(shè)備上網(wǎng)時(shí)，所能提供的故障電流很小，造成故障不能及時(shí)切除，可能造成故障擴(kuò)大后才能切除，或者延時(shí)達(dá)到發(fā)電機(jī)解列條件切除。

3.2.2 間隙接地

優(yōu)勢(shì)在于一旦有效接地系統(tǒng)變?yōu)椴唤拥叵到y(tǒng)，只要間隙電壓達(dá)到180 V便在0.3 s內(nèi)切除故障，切除故障快速。風(fēng)險(xiǎn)在于變壓器中性點(diǎn)及非故障相遭受過(guò)電壓。本次故障根據(jù)錄波的結(jié)果，3U0達(dá)到247 V，折合中性點(diǎn)一次電壓為49 kV左右，非故障相電壓100 kV左右，所幸本次故障主變?yōu)槿^緣變壓器，過(guò)電壓不超過(guò)其短時(shí)工頻耐受電壓，對(duì)變壓器無(wú)影響，但多次如此，主變的絕緣必然受到損害。根據(jù)理論計(jì)算，中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相接地時(shí)中性點(diǎn)最大位移電壓為相電壓，非故障相電壓上升為線電壓。

4 結(jié)論

建議對(duì)中、低壓側(cè)小電源裝機(jī)容量超過(guò)所在地區(qū)單臺(tái)變壓器容量10%的變電站，至少保持1臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行，而小于單臺(tái)變壓器容量10%的全絕緣變壓器，中性點(diǎn)間隙接地運(yùn)行；中、低壓側(cè)有小電源的變電站分級(jí)絕緣的變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行。同時(shí)，對(duì)于小水電集中地區(qū)，在110 kV變電站的主變至少1臺(tái)接地情況下，對(duì)其正常及N－1情況下零序電抗進(jìn)行校核，要求保護(hù)靈敏度理論上滿足要求。此外，針對(duì)目前全省部分地區(qū)的無(wú)電源變壓器均投入間隙保護(hù)，承受工頻過(guò)電壓有風(fēng)險(xiǎn)的情況，建議將主變中性點(diǎn)接地運(yùn)行。

〔1〕許建安.繼電保護(hù)整定計(jì)算〔M〕.北京:中國(guó)水利水電出版社，2003.

〔2〕李海濤.電力系統(tǒng)分析〔M〕.北京:人民郵電出版社，2012.

〔3〕馬永翔，王世榮.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)〔M〕.北京:中國(guó)林業(yè)出版社，2006.

〔4〕中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì).3 kV～110 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程:DL/T 584—2007〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，2007.

〔5〕中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部.交流電器裝置的接地:DL/ T621—1997〔S〕.北京:中國(guó)電力出版社，1997.

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1008-0198(2016)05-0071-02

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.05.019

鄧革偉(1968)，男，湖南祁陽(yáng)人，本科，工程師，主要從事電力安全、質(zhì)量監(jiān)督方面的管理工作。

2015-11-18 改回日期:2016-06-12