110kV主变间隙过压保护动作分析及改进措施
2020-10-21马金山吴继雄瞿辉
马金山 吴继雄 瞿辉
摘要：通过两个案例分析了主变间隙过压保护动作原因，并提出了改进措施，防止因系统故障造成主变间隙过压保护动作，扩大事故范围。
关键词：主变保护;间隙过压;光纤差动
0 引言
我国110 kV及以上电力系统为中性点有效接地系统，但不是所有的110 kV及以上电压等级的变压器中性点都要直接接地。考虑到系统短路容量的问题，如全部接地，系统零序阻抗变小，系统发生接地后短路电流较大，因此要考虑部分变压器中性点不接地。根据《电力变压器运行规程》要求，110 kV及以上不接地的变压器中性点要采取间隙保护措施。当发生单相接地故障时，变压器所接的电力网失去接地中性点，若间隙电流（电压）达到过压保护定值，经0.3～0.5 s时限动作断开变压器各侧断路器。
2018年6月3日，110 kV麻城变因10 kV侧有小电源系統，主供线路发生单相接地故障，造成#1主变间隙过压保护动作，跳开#1主变三侧开关。2019年2月11日，110 kV象山变主供线路发生接地及断线故障，造成#2主变高后备间隙过压保护动作，跳开#2主变两侧开关。从以上两个案例来看，110 kV变电站存在主供线路故障造成主变间隙过压保护动作风险。本文将对故障案例进行分析，并提出整改措施。
1 间隙过压保护动作分析
1.1 110 kV麻城变间隙过压保护动作分析
2018年6月3日，110 kV麻城变由麻花线主供，麻花线路（靠花竹变）发生B相接地故障，花竹变距离、零序保护动作后跳开花竹侧开关DL1，如图1所示。因110 kV麻城变为受电侧，距离、零序保护未动作。麻城变10 kV母线接有小电源E2，当主供线路跳闸后，能维持麻城变一定时间的电压。麻城变因DL1跳闸与系统脱网，1T中性点未接地，相当于不接地系统运行。麻城变DL2、DL3、DL4、DL5未跳闸，麻花线的接地点未隔离，因小电源的原因，非故障相电压升高■倍，二次零序电压上升到300 V左右，达到主变间隙保护动作值，110 kV麻城变#1主变间隙保护动作。
1.2 110 kV象山变间隙过压保护动作分析
2019年2月11日，110 kV象山变主供线路南象线（靠象山侧）发生先接地后断线故障。其动作时序为：110 kV南象线线路C相接地—南桥侧保护启动—0.7 s线路发生断线（靠南桥侧仍然接地），靠象山侧断线—象山侧间隙保护启动—0.5 s后象山变#2主变间隙保护动作跳两侧，南桥变南象线接地距离Ⅱ段动作跳南象线。南象线C相接地网络图如图2所示。
1.2.1 南象线接地后象山侧零序电压分析
如图3所示，110 kV南象线发生C相接地后，因110 kV象山变中性点未接地且无电源，因此C相母线电压降为0 V，根据公式得3U0为100 V。该零序电压小于间隙保护动作值，象山变间隙过压保护不启动。
1.2.2 南象线（象山侧）断线后零序电压分析
南象线发生C相接地700 ms后，象山变故障录波显示C相电压升高到相电压和3U0升高到200 V，说明线路靠象山侧发生断线故障，即象山变C相与故障点脱离，象山110 kV母线为非全相运行。象山变110 kV母线C相电压由变压器高压侧三相绕组构成电压回路，其一次电压为A相与B相电压的相量和，因此C相的二次电压升到相电压，3U0升到200 V左右。南象线断线后网络如图4所示。
200 V为理论值，但实际该零序电压应小于200 V，因母线电压受负荷和变压器阻抗影响，若变压器为空载时可达到200 V。经系统查询，故障时象山变的#1主变负荷为25 MW，#2主变负荷为19 MW（无功为3 Mvar），此时母线电压可由公式（1）计算：
虽然受负荷和变压器阻抗影响，母线电压均比理论低，但不会低很多，因线路阻抗较小。故障录波显示3U0为194 V，充分说明该时刻发生断线故障。
此时3U0电压大于间隙过压保护定值，#2主变间隙保护动作。
2 解决措施
2.1 带有小电源变电站线路解决措施
将带有小电源变电站的线路保护更换为光差保护可有效解决该问题。当线路发生接地后，光差保护跳开两侧断路器，对于主供侧来说故障点被隔离，对于小电源侧变电站来说，系统可变为不接地方式运行，因故障点被隔离，可有效防止主变间隙保护动作。
2.2 无小电源变电站线路解决措施
无小电源的变电站，当主供线路发生故障后，保护装置快速切除故障跳两侧开关，受电侧母线失压，主变放电间隙不动作，此时受电侧可通过自动装置弥补失压事件。
3 结语
根据上述分析，光纤差动保护快速切除线路故障可有效防止受电侧主变间隙过压动作。虽然本文列举了两种风险，但在正常运行时其发生的概率较小。荆门110 kV线路完全配置光差保护也不是一朝一夕就能完成的，为了防止类似事件的发生，若线路时间级差满足配合要求，可考虑缩短距离保护Ⅱ段时限。
收稿日期：2020-06-04
作者简介：马金山（1971—），男，湖北荆门人，工程师，高级技师，主要从事变电管理工作。
吴继雄（1978—），男，湖北荆门人，工程师，技师，主要从事变电管理工作。
瞿辉（1971—），男，湖北荆门人，工程师，技师，主要从事变电检修管理工作。
