发电厂变压器零序保护跳闸出口方式分析

张国超，许重庆，刘 春

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

电力系统变压器的零序电流保护，设置在变压器的大电流系统侧，作为该侧绕组及外部接地故障的后备保护。对于一般变压器，零序电流保护接于变压器中性点的电流互感器回路中；对于自耦变压器，零序电流保护必须接于零序电流滤过器回路中。220 kV系统的变压器，它们的中性点仅部分直接接地，另一部分变压器的中性点不接地运行。对于这类变压器的接地后备保护，动作以后应首先跳开有关的不接地变压器，然后再跳开直接接地的变压器，目的是防止中性点不接地系统发生接地短路时，故障点的间歇性弧光过电压可能危及电气设备的安全，但这种跳闸方式有可能造成全厂所有变压器被切，后果严重[1]。本文以实际案例说明发电厂在特殊主接线方式下合理选择主变零序保护跳闸方式或跳闸点可以有效避免发电厂事故扩大化。

1 案例分析

清江高坝洲电厂位于湖北宜都市境内，是清江干流三个梯级电站最下游的一级，为隔河岩电厂的反调节电厂。电厂共安装三台轴流转桨式水轮发电机组，三台主变压器均为全绝缘变压器，布置于下游尾水平台上，电气主接线为扩大单元桥型接线，如图1所示，两回引出线电压等级均为220 kV。每台发变组均配置双重化微机保护装置，其中变压器零序保护分为主变零序电流保护、主变零序电压保护以及主变间隙零序电流保护。当变压器高压侧中性点直接接地运行时，投变压器零序过流保护，退变压器间隙保护；变压器高压侧中性点经间隙接地运行时，退变压器零序过流保护，投变压器零序电压保护及主变间隙电流保护。依据华中电网调度控制运行管理细则要求：高坝洲电厂三台主变压器接地方式规定在合环运行方式时选择02B变直接接地。若02B变停运，可选01B或03B直接接地；在开环运行方式时分为两部分，每部分一台变压器中性点直接接地运行， 其它变压器中性点经间隙接地运行。

图1 电气主接线图

1.1 主变零序电流保护

依据湖北省中调文件《湖北电网220 kV及以上“六统一”变压器高压侧中性点保护整定计算原则》的规定进行整定计算，高坝洲电厂主变零序过流Ⅰ段按保220 kV母线接地故障有灵敏度整定，灵敏度系数取1.5。零序过流Ⅰ段共2个时限；零序过流Ⅰ段1时限按与出线接地距离保护Ⅱ段时间配合整定，取3.0 s，跳220 kV母联开关；零序电流Ⅰ段2时限按与出线零序电流保护Ⅱ段时间配合整定，取4.3 s，跳变压器220 kV侧开关。零序过流Ⅱ段按与高压倒出线零序电流保护Ⅲ段配合整定，取300 A，零序过流Ⅱ段共1个时限按与出线零序电流保护Ⅲ段时间配合整定，取5 s，跳变压器各侧开关。

1.2 主变间隙零序电流保护

零序电流元件3I0的动作电流，根据放电电流的经验数据整定，一般一次动作电流取为100 A。所以零序电流定值一次值3I0=100 A。

高坝洲电厂现场CT实际变比为：300 A/1 A，故主变间隙零序电流定值3I0取0.33 A(主变中性点不接地时的保护定值)，间隙过流保护时间取1.5 s，跳变压器高压侧开关。

1.3 主变零序电压保护

对于中性点直接接地运行的变压器零序保护，零序电流保护只能切除中性点直接接地的变压器。当单相接地故障点在中性点不直接接地的变压器高压侧时，直接接地运行变压器的零序保护无法将中性点不接地的变压器切除。这样便有可能将220 kV系统短时成为中性点不接地系统，中性点电位升高而绝缘被击穿。为此考虑用零序电压反应变压器中性点不接地运行时，发生单相接地时的接地保护。高坝洲电厂的中性点直接接地系统中并列运行的中性点不接地(经放电间隙接地)主变压器的过电压保护，主变零序电压保护接三组220 kV母线电压互感器的3U0绕组。根据《湖北电网继电保护整定计算导则》及参照相关工程案例，零序电压元件3U0的动作电压取180 V；延时0.5 s动作出口；跳主变高压侧开关。

若依据变压器的接地后备保护动作以后应首先跳开有关的不接地变压器，然后再跳开直接接地的变压器原则，则在正常接地运行方式下发生接地以后，将短延时跳开高21、高23开关，此时故障依然存在，则长延时跳开高22开关，这种方式显然不合理，直接造成三台主变全部被切，后果严重。

根据高坝洲电厂发变组保护定值整定计算书，主变压器零序保护出口方式，如表1所示，其中二号主变(02B)零序电流保护跳闸出口方式为短延时跳高22开关、长延时跳高22、高02开关，即短延时切除中性点接地的变压器，长延时切除变压器各侧断路器。这种方式仍有可能造成全厂所有变压器全部被切，扩大了事故[2]停电范围。

表1 变压器零序电流保护跳闸出口方式表

如图2所示，考虑三台主变均按正常投运情况下，即02B直接接地、01、03B经间隙接地，发生接地故障以后如按先切除接地的变压器原则，则K1、K2、K3、K5等点发生接地短路时，三台变压器有五分之四的机会可能出现全停，如表2所示。

图2 故障点示意图

表2 短路点故障分析表

举例说明：K1、K2点发生接地故障，线路接地距离保护由于特殊原因拒动，二号主变零序电流保护(线路接地后备保护)短延时跳开高22开关，切除02B，二号机组甩负荷过速停机，此时，系统中性点接地点被切除，电厂成为不接地系统，但线路接地故障仍存在，则Ⅰ母和Ⅲ母PT开口三角零序电压升高至300 V，01B、03B主变零序电压保护(动作值180 V，0.5 s)动作出口跳开高21、高23开关，切除01B、03B(或者由主变间隙零序电压电流保护动作出口)，一、三号机组甩负荷过速停机，最终造成电厂三台机组全停，三台主变全部被切，且丧失电厂一路最重要厂用电的严重后果。同理，K3(K5)点发生接地故障，二号主变零序电流保护短延时切除02B，而01B、03B主变零序电压保护动作出口切除01B、03B。

综合以上两种跳闸方式，不管是先切除接地的变压器，还是先切除不接地的变压器，都有可能造成发电厂全停事故，而若将主变零序电流保护跳闸出口方式更改为短延时跳高24开关(或者跳高25开关)、长延时跳高22、高02开关，则三台主变不会出现全停的情况，如表3所示。

表3 优化后故障分析表

举例说明：K1点故障，线路接地距离保护由于某种原因拒动，二号主变零序电流保护短延时切除高24开关，此时系统被分为两部分，二号机组通过高柑二回线送电，因故障点在高柑二回线路上，而01B中性点未接地，则零序电压可能升高至保护动作，出口跳开高21开关，切除01B，故障被隔离；而二、三号机组通过高柑一回线正常送电，厂用电也得到保障。K2点故障时，二号主变零序电流保护短延时切除高24开关，01B被隔离开后恢复正常运行，二号主变零序电流保护长延时切除02B后，03B主变零序电压保护动作跳开高23开关。

以上五个故障点均不会造成电厂三台变压器全部被切除。

2 结 语

在中性点直接接地的电网中，若变压器直接接地运行，在发生接地故障时，主变零序电流保护应以较短延时动作于缩小影响范围，先断开母联或分段断路器，再以较长延时断开本侧断路器，最后断开其它各侧断路器。

在主变压器零序电流保护的设计和出口方式整定中，应充分考虑特殊主接线方式和实际运行方式下的特殊性，决不能生搬硬套，一概而论，简单的依据主变零序保护动作后先切除不接地的变压器，再切除接地的变压器原则显然是不合理的。在确保继电保护选择性、灵敏性、速动性、可靠性的基础上，合理选择保护装置的跳闸方式和跳闸点可以有效避免发电厂的事故扩大化。