一起主变间隙保护动作事故的探究与分析

摘要：为了限制短路电流并保证系统中零序电流的大小和分布不受系统运行方式变化的影响，当电网发生单相接地故障且失去中性点时，中性点不接地的变压器中性点将出现零序电压或零序电流。文章通过一起线路接地故障造成的主变间隙保护动作跳闸事故，分析了这起间隙保护动作的原因，并对间隙保护相关整定与配合的问题进行了探究。

关键词：主变间隙；间隙保护；零序电流；中性点

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0088-02

对于中性点装设接地刀闸和放电间隙的变压器，根据电网运行方式，变压器中性点可直接通过接地刀闸接地运行，也可经间隙接地运行，即通常所说的不接地运行。在中性点不接地运行时，配置间隙零序过流、零序过压保护作为接地故障的后备保护。近年来电力系统发生了多起主变中性点放电间隙保护误动事件，不仅造成了主变停运，也给电网安全稳定运行和可靠供电造成了严重影响。因此，应充分考虑系统中各种因素对间隙保护的影响，使其发挥正常的功能和作用。

1 事故经过与分析

由图1可知，事故前运行方式为110kV线路单供变电站110kV 1M、2M母线，本站相当于终端负荷站，#1、#2主变中性点均不接地运行。#1主变供35kV 1M、10kV 1M母线及其相关10kV线路运行；#2主变供35kV 2M母线、10kV 2M母线及相关10kV线路运行；10kV母联开关在分位位置，分段备自投投入。

图1 变电站一次接线图

图2 变电站二次电压录波图

事故发生时，110kV线路发生C相接地故障，线路对侧开关保护距离I段、零序过流I段保护动作跳闸，对侧开关检线路无压重合成功。本侧开关未跳开。故障同时，本站#1主变零序过压保护动作，#1主变三侧开关跳闸，零序电压二次值为230V；#2主变零序过压保护动作，#2主变三侧开关跳闸，零序电压二次值为260V（主变保护中性点零序过压保护定值为180V）。由本站出线开关及主变保护动作报告及录波图可知，对侧开关跳闸后，本站侧开关仍有明显短路电流流向故障点，其中，#1、#2主变10kV侧均有提供短路电流；#1、#2主变同跳后，10kV 1M、2M母线电压未即时消失，其中10kV 2M母线电压支撑了6275ms后才完全消失。

综上分析，初步判定本次#1、#2主变跳闸原因为：110kV线发生C相故障，对侧开关保护正确动作切开开关后，由于本侧#1、#2主变不接地运行，同时相当数量小电源的存在，导致两台主变中性点零序电压升高，#1、#2主变中性点零序过压保护动作后切除主变三侧开关。

图3 #1主变变低电流录波图

图4 #2主变变低电流录波图

2 间隙保护的完善与改进

经核查，变电站现场中性点零序过压保护回路不完善，零序过压保护动作后不能做到第一时限先联切中低压侧小电源，第二时限再切除主变三侧开关，导致主变零序过压保护动作后，直接切除了主变三侧开关，扩大了事故范围。因此，必须首先切开上网小电源，让系统失去故障电源，保证线路重合后，恢复主变对负荷的正常供电。此外，在间隙保护动作时间整定上，间隙保护的延时时间应考虑变压器间隙零序过电压保护动作跳变压器各侧开关时间应满足变压器中性点绝缘承受能力要求。如中低压侧有小电源上网的110kV变压器间隙保护动作应与110kV线路保护全线有灵敏度段动作时间配合，以躲开线路重合闸时间。如没有小电源上网时，间隙零序电流动作跳变压器各侧开关，时间与110kV线路后备保护距离Ⅲ段及零序IV段动作时间配合，这样既不会造成变压器中性点绝缘损坏，又可利用延时来避免变压器中性点间隙保护动作造成事故范围的扩大，有利于系统的稳定运行。由于小电源并网的影响，致使110kV线路发生接地故障时，小电源提供的较大短路容量导致主变中性点零序过压保护出口跳闸。此外，针对本次事故进一步调查发现，10kV母线还并接了功率较大的电动机组，为确保间隙保护能正确动作，除了必要的联切小电源外，还应进一步根据电动机特性分析和评估电动机在线路发生不同类型故障时对系统的影响，避免因电动机的反送电造成间隙保护不必要的动作。

3 整定配合

通过以上分析，如在110kV线路发生故障时，小电源侧间隙保护动作后首先切除上网电源，对侧开关通过检线路无压重合，大大提高了线路瞬时故障重合闸的成功率。

地区电源以10kV或35kV电压等级在110kV变电站上网的（如图2中地区电源2），地区电源至220kV站的各级110kV线路（如图5中线路1、2）系统侧的保护和重合闸都正常投入，地区电源侧的保护退出（线路配置了光纤电流差动保护的，此保护功能投入，退出保护出口压板）；其上网的110kV变压器保护投入110kV侧零序电流保护（变压器中性点接地时）或110kV侧间隙过流及零序过压保护（变压器中性点不接地时），并以第一时限联切地区电源上网线路、第二时限跳变压器。若10kV或35kV地区电源上网线路为上网专线，则线路两侧保护正常投入（过流I段投入方向，过流Ⅱ段退出方向），退出重合闸；若10kV或35kV地区电源上网线路是负荷、电源上网混合线路，则系统侧保护正常投入（过流I段投入方向，过流Ⅱ段退出方向），重合闸正常投入（装有线路PT的，投检无压重合闸；无线路PT的，应延长重合闸时间待地区电源解列再重合，如不能保证，则宜退出重合闸），地区电源侧保护投入，退出重合闸。通过各级线路保护与重合闸的调整与配合，充分发挥间隙保护在其中的作用，提高线路重合成功率，保证供电的可靠性。

图5

4 结语

110kV及以上系统中性点的间隙保护主要是为了防止过电压。间隙保护可以起到变压器绕组绝缘的作用，当系统出现过电压（大气过电压、操作过电压、谐振过电压、雷击过电压等）时，间隙被击穿时由零序过流保护动作、间隙未被击穿时有过电压保护动作切除小电源或变压器。此外，放电间隙与避雷器有一个互相配合关系，也就是当中性点电压逐渐升高到一定电压值时放电间隙先击穿，如此时电压降低，则避雷器就无需动作了，如电压继续升高，则避雷器就要动作。放电间隙的作用就是防止避雷器的频繁动作，以延长避雷器的寿命。间隙保护不仅作为主变保护的后备保护，还直接影响了线路故障时的重合成功率，如何能最大限度地发挥其不可小视的作用，是我们继续探索的方向和目标。

参考文献

[1] 南方电网.10～110kV系统继电保护整定计算规程.

[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

作者简介：周健（1970-），广东三水人，广东电网公司肇庆供电局继电保护高级工程师，研究方向：电力系统继电保护及二次回路。endprint

摘要：为了限制短路电流并保证系统中零序电流的大小和分布不受系统运行方式变化的影响，当电网发生单相接地故障且失去中性点时，中性点不接地的变压器中性点将出现零序电压或零序电流。文章通过一起线路接地故障造成的主变间隙保护动作跳闸事故，分析了这起间隙保护动作的原因，并对间隙保护相关整定与配合的问题进行了探究。

关键词：主变间隙；间隙保护；零序电流；中性点

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0088-02

对于中性点装设接地刀闸和放电间隙的变压器，根据电网运行方式，变压器中性点可直接通过接地刀闸接地运行，也可经间隙接地运行，即通常所说的不接地运行。在中性点不接地运行时，配置间隙零序过流、零序过压保护作为接地故障的后备保护。近年来电力系统发生了多起主变中性点放电间隙保护误动事件，不仅造成了主变停运，也给电网安全稳定运行和可靠供电造成了严重影响。因此，应充分考虑系统中各种因素对间隙保护的影响，使其发挥正常的功能和作用。

1 事故经过与分析

由图1可知，事故前运行方式为110kV线路单供变电站110kV 1M、2M母线，本站相当于终端负荷站，#1、#2主变中性点均不接地运行。#1主变供35kV 1M、10kV 1M母线及其相关10kV线路运行；#2主变供35kV 2M母线、10kV 2M母线及相关10kV线路运行；10kV母联开关在分位位置，分段备自投投入。

图1 变电站一次接线图

图2 变电站二次电压录波图

事故发生时，110kV线路发生C相接地故障，线路对侧开关保护距离I段、零序过流I段保护动作跳闸，对侧开关检线路无压重合成功。本侧开关未跳开。故障同时，本站#1主变零序过压保护动作，#1主变三侧开关跳闸，零序电压二次值为230V；#2主变零序过压保护动作，#2主变三侧开关跳闸，零序电压二次值为260V（主变保护中性点零序过压保护定值为180V）。由本站出线开关及主变保护动作报告及录波图可知，对侧开关跳闸后，本站侧开关仍有明显短路电流流向故障点，其中，#1、#2主变10kV侧均有提供短路电流；#1、#2主变同跳后，10kV 1M、2M母线电压未即时消失，其中10kV 2M母线电压支撑了6275ms后才完全消失。

综上分析，初步判定本次#1、#2主变跳闸原因为：110kV线发生C相故障，对侧开关保护正确动作切开开关后，由于本侧#1、#2主变不接地运行，同时相当数量小电源的存在，导致两台主变中性点零序电压升高，#1、#2主变中性点零序过压保护动作后切除主变三侧开关。

图3 #1主变变低电流录波图

图4 #2主变变低电流录波图

2 间隙保护的完善与改进

经核查，变电站现场中性点零序过压保护回路不完善，零序过压保护动作后不能做到第一时限先联切中低压侧小电源，第二时限再切除主变三侧开关，导致主变零序过压保护动作后，直接切除了主变三侧开关，扩大了事故范围。因此，必须首先切开上网小电源，让系统失去故障电源，保证线路重合后，恢复主变对负荷的正常供电。此外，在间隙保护动作时间整定上，间隙保护的延时时间应考虑变压器间隙零序过电压保护动作跳变压器各侧开关时间应满足变压器中性点绝缘承受能力要求。如中低压侧有小电源上网的110kV变压器间隙保护动作应与110kV线路保护全线有灵敏度段动作时间配合，以躲开线路重合闸时间。如没有小电源上网时，间隙零序电流动作跳变压器各侧开关，时间与110kV线路后备保护距离Ⅲ段及零序IV段动作时间配合，这样既不会造成变压器中性点绝缘损坏，又可利用延时来避免变压器中性点间隙保护动作造成事故范围的扩大，有利于系统的稳定运行。由于小电源并网的影响，致使110kV线路发生接地故障时，小电源提供的较大短路容量导致主变中性点零序过压保护出口跳闸。此外，针对本次事故进一步调查发现，10kV母线还并接了功率较大的电动机组，为确保间隙保护能正确动作，除了必要的联切小电源外，还应进一步根据电动机特性分析和评估电动机在线路发生不同类型故障时对系统的影响，避免因电动机的反送电造成间隙保护不必要的动作。

3 整定配合

通过以上分析，如在110kV线路发生故障时，小电源侧间隙保护动作后首先切除上网电源，对侧开关通过检线路无压重合，大大提高了线路瞬时故障重合闸的成功率。

地区电源以10kV或35kV电压等级在110kV变电站上网的（如图2中地区电源2），地区电源至220kV站的各级110kV线路（如图5中线路1、2）系统侧的保护和重合闸都正常投入，地区电源侧的保护退出（线路配置了光纤电流差动保护的，此保护功能投入，退出保护出口压板）；其上网的110kV变压器保护投入110kV侧零序电流保护（变压器中性点接地时）或110kV侧间隙过流及零序过压保护（变压器中性点不接地时），并以第一时限联切地区电源上网线路、第二时限跳变压器。若10kV或35kV地区电源上网线路为上网专线，则线路两侧保护正常投入（过流I段投入方向，过流Ⅱ段退出方向），退出重合闸；若10kV或35kV地区电源上网线路是负荷、电源上网混合线路，则系统侧保护正常投入（过流I段投入方向，过流Ⅱ段退出方向），重合闸正常投入（装有线路PT的，投检无压重合闸；无线路PT的，应延长重合闸时间待地区电源解列再重合，如不能保证，则宜退出重合闸），地区电源侧保护投入，退出重合闸。通过各级线路保护与重合闸的调整与配合，充分发挥间隙保护在其中的作用，提高线路重合成功率，保证供电的可靠性。

图5

4 结语

110kV及以上系统中性点的间隙保护主要是为了防止过电压。间隙保护可以起到变压器绕组绝缘的作用，当系统出现过电压（大气过电压、操作过电压、谐振过电压、雷击过电压等）时，间隙被击穿时由零序过流保护动作、间隙未被击穿时有过电压保护动作切除小电源或变压器。此外，放电间隙与避雷器有一个互相配合关系，也就是当中性点电压逐渐升高到一定电压值时放电间隙先击穿，如此时电压降低，则避雷器就无需动作了，如电压继续升高，则避雷器就要动作。放电间隙的作用就是防止避雷器的频繁动作，以延长避雷器的寿命。间隙保护不仅作为主变保护的后备保护，还直接影响了线路故障时的重合成功率，如何能最大限度地发挥其不可小视的作用，是我们继续探索的方向和目标。

参考文献

[1] 南方电网.10～110kV系统继电保护整定计算规程.

[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

作者简介：周健（1970-），广东三水人，广东电网公司肇庆供电局继电保护高级工程师，研究方向：电力系统继电保护及二次回路。endprint

摘要：为了限制短路电流并保证系统中零序电流的大小和分布不受系统运行方式变化的影响，当电网发生单相接地故障且失去中性点时，中性点不接地的变压器中性点将出现零序电压或零序电流。文章通过一起线路接地故障造成的主变间隙保护动作跳闸事故，分析了这起间隙保护动作的原因，并对间隙保护相关整定与配合的问题进行了探究。

关键词：主变间隙；间隙保护；零序电流；中性点

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）28-0088-02

对于中性点装设接地刀闸和放电间隙的变压器，根据电网运行方式，变压器中性点可直接通过接地刀闸接地运行，也可经间隙接地运行，即通常所说的不接地运行。在中性点不接地运行时，配置间隙零序过流、零序过压保护作为接地故障的后备保护。近年来电力系统发生了多起主变中性点放电间隙保护误动事件，不仅造成了主变停运，也给电网安全稳定运行和可靠供电造成了严重影响。因此，应充分考虑系统中各种因素对间隙保护的影响，使其发挥正常的功能和作用。

1 事故经过与分析

由图1可知，事故前运行方式为110kV线路单供变电站110kV 1M、2M母线，本站相当于终端负荷站，#1、#2主变中性点均不接地运行。#1主变供35kV 1M、10kV 1M母线及其相关10kV线路运行；#2主变供35kV 2M母线、10kV 2M母线及相关10kV线路运行；10kV母联开关在分位位置，分段备自投投入。

图1 变电站一次接线图

图2 变电站二次电压录波图

事故发生时，110kV线路发生C相接地故障，线路对侧开关保护距离I段、零序过流I段保护动作跳闸，对侧开关检线路无压重合成功。本侧开关未跳开。故障同时，本站#1主变零序过压保护动作，#1主变三侧开关跳闸，零序电压二次值为230V；#2主变零序过压保护动作，#2主变三侧开关跳闸，零序电压二次值为260V（主变保护中性点零序过压保护定值为180V）。由本站出线开关及主变保护动作报告及录波图可知，对侧开关跳闸后，本站侧开关仍有明显短路电流流向故障点，其中，#1、#2主变10kV侧均有提供短路电流；#1、#2主变同跳后，10kV 1M、2M母线电压未即时消失，其中10kV 2M母线电压支撑了6275ms后才完全消失。

综上分析，初步判定本次#1、#2主变跳闸原因为：110kV线发生C相故障，对侧开关保护正确动作切开开关后，由于本侧#1、#2主变不接地运行，同时相当数量小电源的存在，导致两台主变中性点零序电压升高，#1、#2主变中性点零序过压保护动作后切除主变三侧开关。

图3 #1主变变低电流录波图

图4 #2主变变低电流录波图

2 间隙保护的完善与改进

经核查，变电站现场中性点零序过压保护回路不完善，零序过压保护动作后不能做到第一时限先联切中低压侧小电源，第二时限再切除主变三侧开关，导致主变零序过压保护动作后，直接切除了主变三侧开关，扩大了事故范围。因此，必须首先切开上网小电源，让系统失去故障电源，保证线路重合后，恢复主变对负荷的正常供电。此外，在间隙保护动作时间整定上，间隙保护的延时时间应考虑变压器间隙零序过电压保护动作跳变压器各侧开关时间应满足变压器中性点绝缘承受能力要求。如中低压侧有小电源上网的110kV变压器间隙保护动作应与110kV线路保护全线有灵敏度段动作时间配合，以躲开线路重合闸时间。如没有小电源上网时，间隙零序电流动作跳变压器各侧开关，时间与110kV线路后备保护距离Ⅲ段及零序IV段动作时间配合，这样既不会造成变压器中性点绝缘损坏，又可利用延时来避免变压器中性点间隙保护动作造成事故范围的扩大，有利于系统的稳定运行。由于小电源并网的影响，致使110kV线路发生接地故障时，小电源提供的较大短路容量导致主变中性点零序过压保护出口跳闸。此外，针对本次事故进一步调查发现，10kV母线还并接了功率较大的电动机组，为确保间隙保护能正确动作，除了必要的联切小电源外，还应进一步根据电动机特性分析和评估电动机在线路发生不同类型故障时对系统的影响，避免因电动机的反送电造成间隙保护不必要的动作。

3 整定配合

通过以上分析，如在110kV线路发生故障时，小电源侧间隙保护动作后首先切除上网电源，对侧开关通过检线路无压重合，大大提高了线路瞬时故障重合闸的成功率。

地区电源以10kV或35kV电压等级在110kV变电站上网的（如图2中地区电源2），地区电源至220kV站的各级110kV线路（如图5中线路1、2）系统侧的保护和重合闸都正常投入，地区电源侧的保护退出（线路配置了光纤电流差动保护的，此保护功能投入，退出保护出口压板）；其上网的110kV变压器保护投入110kV侧零序电流保护（变压器中性点接地时）或110kV侧间隙过流及零序过压保护（变压器中性点不接地时），并以第一时限联切地区电源上网线路、第二时限跳变压器。若10kV或35kV地区电源上网线路为上网专线，则线路两侧保护正常投入（过流I段投入方向，过流Ⅱ段退出方向），退出重合闸；若10kV或35kV地区电源上网线路是负荷、电源上网混合线路，则系统侧保护正常投入（过流I段投入方向，过流Ⅱ段退出方向），重合闸正常投入（装有线路PT的，投检无压重合闸；无线路PT的，应延长重合闸时间待地区电源解列再重合，如不能保证，则宜退出重合闸），地区电源侧保护投入，退出重合闸。通过各级线路保护与重合闸的调整与配合，充分发挥间隙保护在其中的作用，提高线路重合成功率，保证供电的可靠性。

图5

4 结语

110kV及以上系统中性点的间隙保护主要是为了防止过电压。间隙保护可以起到变压器绕组绝缘的作用，当系统出现过电压（大气过电压、操作过电压、谐振过电压、雷击过电压等）时，间隙被击穿时由零序过流保护动作、间隙未被击穿时有过电压保护动作切除小电源或变压器。此外，放电间隙与避雷器有一个互相配合关系，也就是当中性点电压逐渐升高到一定电压值时放电间隙先击穿，如此时电压降低，则避雷器就无需动作了，如电压继续升高，则避雷器就要动作。放电间隙的作用就是防止避雷器的频繁动作，以延长避雷器的寿命。间隙保护不仅作为主变保护的后备保护，还直接影响了线路故障时的重合成功率，如何能最大限度地发挥其不可小视的作用，是我们继续探索的方向和目标。

参考文献

[1] 南方电网.10～110kV系统继电保护整定计算规程.

[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

作者简介：周健（1970-），广东三水人，广东电网公司肇庆供电局继电保护高级工程师，研究方向：电力系统继电保护及二次回路。endprint