110千伏干式变压器中性点接地方式及零序保护配

在分析干式变压器零序保护配置的基础上，对厦门电网110千伏干式变压器零序保护设计中的中性点过电压、接地方式的控制及安全隐患进行了探讨，并提出了消除部分中性点棒间隙、提高干式变压器零序保护配合的措施。关键词：干式变压器；中性点；零序保护

变压器中性点接地方式与零序保护匹配

黄建明(中厦门361004厦门电业局)

本文通过对变压器零序保护的分析，对厦门地区110千伏变压器中性点过电压问题、中性点接地方式控制及110千伏变压器零序保护设计中的安全问题进行了初步探讨。提出了通过消除中性点间隙来提高变压器零序保护匹配性的解决方案。Keywords:变压器；中性点；零序保护

1干式变压器零序保护配置厦门电网目前全部选用分级绝缘的干式变压器。在多个干式变压器并联运行的变电站中，主变压器中性点一般采用局部接地运行方式。对于中性点不接地的干式变压器，外部故障的后备保护曾经是零序互跳保护或中性点间隙保护。1.1零序互跳保护干式变压器中性点零序过流动作时，先跳中性点不接地的干式变压器保护方式，称为零序互跳。如图1所示，两台主变压器并联运行，1号主变压器中性点接地。K2发生接地故障时，1号主变中性点零序过流保护动作，2号主变高低压侧开关较好时间跳闸，K2故障点被隔离，1号主变恢复正常运行。如果故障点在K1，当2号主变压器在较好时限跳闸时，零序过流保护将在第二时限跳闸干式变压器，排除故障。零序互跳保护的明显缺点是：选择性切除故障的概率只有50%；(2)母线故障没有选择性，会扩大停电范围；零序过流保护的时间整定必须与主相之间的保护协调，不利于保护整定的协调；互跳试验只能在两台干式变压器同时停机时进行，因为门槛苛刻，二次接线容易出错。

图1干式变压器并联运行示意图

1.2干式变压器中性点间隙保护为了克服上述缺点，福建省电力调度公司闽电继电器[1998]165号文件要求将220 kV主变压器110 kV侧零序互跳保护改为间隙保护。间隙保护的方法是在干式变压器中性点安装放电间隙和间隙电流互感器，由母线电视开三角形零序过压保护组成。如图1所示，仍有两台主变压器并联运行，1号主变压器中性点接地。K2点接地时，1号主变中性点零序过流保护较好时间跳100母线开关，I段母线与故障点隔离，1号主变恢复正常运行。100母线断路器跳闸后，K2故障点依然存在，2号主变中性点间隙电流保护或零序过电压保护跳闸干式变压器实现故障隔离。同样，K1点接地时，1号主变中性点零序过流保护较好时间跳闸100母线分支开关，2号主变与故障点隔离，可继续运行。但K1故障点依然存在，1号主变零序过流保护继续在第二时限跳闸干式变压器，排除故障。因此，采用间隙保护的明显优点是：(1)作为干式变压器本体的设备保护，不需要与其他保护配合，整定简单；动作过程有选择性，只隔离故障部分，不会扩大停电范围。本文件只要求将220 kV主变压器110 kV侧零序互跳保护改为间隙保护，但没有规定110 kV干式变压器零序保护的接地方式和配置。对于不同接线类型的110千伏变电站，如何控制干式变压器中性点接地方式——如何配置零序保护——特别是如何在110千伏系统中正确应用干式变压器中性点间隙保护——以厦门电网110千伏系统为例，对上述问题进行了初步探讨。2厦门电网110千伏系统接线及保护配置特点厦门地区110千伏系统接线特点以辐射状为主，以220千伏变电站为供电点，通过110千伏线路辐射到各终端变电站。110千伏终端变电站采用内部桥式接线或干式变压器组接线，低压侧无电源。如图2所示，在具有内部桥连接的变电站中，在正常操作模式下，100总线子开关不被用作线路103和104的连接元件。因此，带内桥接线的变电站通常只有两种运行方式：一条线路带两个主变压器或两条线路带一个干式变压器。一线两变运行方式下，两台主变压器只需一个中性点接地，但必须通过110 kV供电线路侧干式变压器中性点接地，这一点非常重要。内桥接线变电站干式变压器电流零序保护配置 #p#分页标题#e#

为：中性点零序电流保护较好时限跳100和900母分；第二时限跳本干式变压器；同时，干式变压器中性点装设棒间隙，但没有配置间隙TA以及开三角电压保护。

图2 内桥接线变电站示意图

为了节省投资、占地，节约110 kV线路空中走廊等原因，新建设的110 kV变电站较多采用线路-干式变压器组接线，而且1条线路可“T”接2台甚至3台干式变压器，干式变压器零序保护仅有中性点零序过电流保护，没有配置中性点间隙电流保护以及110 kV TV开三角零序电压保护(主变110 kV侧只有单相线路TV)。由于零序保护配置不够完整，在多台“T”接的线路-干式变压器组接线中，各干式变压器中性点仍全部接地运行。但是，干式变压器中性点全部接地运行对系统具有一定的负面影响。 (1) 在部分线路或干式变压器检修、停运以及系统运行方式变化时，零序网络及零序阻抗值发生较大的变化，各支路零序电流大小及分布也会产生较大的变化。从保护整定配合出发，则要求保持变电站零序阻抗基本不变。 (2) 在干式变压器投入运行或线路重合闸过程中，有时会使在同一线路上运行的中性点接地干式变压器产生由励磁涌流引起的，幅值较大而且衰减较慢，并带有较大直流分量的零序电流。较容易造成送电不成功或重合闸不成功。 (3) 干式变压器中性点全部接地，使系统零序阻抗大幅度降低，由此造成不对称接地故障短路电流明显增大。在厦门地区，因为雷击、不对称接地故障干扰二次设备，造成保护装置误动以及损坏通信设备的事故仍时有发生。因此，有效接地系统中应尽量采用部分干式变压器中性点接地方式，以限制单相接地短路电流，降低对通信系统的干扰。3 110 kV干式变压器中性点过电压水平计算 对于各种不同接线类型的网络，从接地故障复合序网可知，单相接地故障时，故障点稳态零序电压为

(1)

两相接地故障时，故障点稳态零序电压为

(2)

从(1)，(2)式可以看出，不对称接地故障时产生的零序电压取决于系统零序阻抗Z0与正序阻抗Z1之比。当Z0/Z1增大时，接地故障时产生的零序电压亦相应增大。在电力系统中，有效接地系统的划分标准为：在各种条件下，应使零序阻抗与正序阻抗之比为正值且 3；当Z0/Z1≥3甚至Z0=∞时，则成为非有效接地系统。对于某一具体电网而言，在不对称接地故障时，如果零序电流无法形成通路，亦即在该网络中所有干式变压器同时失去接地中性点时，这个网络就成为局部不接地系统，Z0=∞。从(1)式可知，不接地系统发生单相接地故障时，故障点零序电压等于系统故障前相电压Uφ。 通过对不对称故障正序、零序网络进行简单的分析可知，在110 kV系统中，只要保证电源端干式变压器中性点有效接地，那么在各种条件下，零序阻抗与正序阻抗之比一定小于3。具体到厦门地区，只要保证220 kV干式变压器110 kV侧中性点有效接地，那么以该干式变压器配出的110 kV网络就一定是有效接地系统，Z0/Z1 3。若以Z0/Z1=3、系统相电压U=73.0 kV代入(1)式可以算出在单相接地故障时，故障点零序U0为43.8 kV。因此，在110 kV有效接地系统中，不接地干式变压器中性点较大对地偏移电压 43.8 kV，小于分级绝缘干式变压器中性点的设计耐压值。 由此可以得出结论：对于目前厦门地区110 kV系统，在保证220 kV干式变压器110 kV侧中性点有效接地的情况下，各110 kV终端干式变压器中性点是否接地与系统及干式变压器本体的安全运行没有关系。4 110 kV干式变压器零序保护存在的问题 在有效接地系统中，干式变压器中性点对地偏移电压被限制在一定的水平，中性点间隙保护不会产生作用。配置间隙保护的目的，是为了防止非有效接地系统中零序电压升高对干式变压器绝缘造成的危害。只有当系统发生单相接地故障，有关的中性点直接接地干式变压器全部跳闸，而带电源的中性点不接地干式变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙才放电，以降低对地电压，避免对干式变压器绝缘造成危害。间隙击穿会产生截波，对干式变压器匝间绝缘不利，因此，在单相接地故障引起零序电压升高时，我们更希望由零序过电压保护完成切除干式变压器的任务。相反，间隙电流保护则存在一定程度的偶然性，可能因种种原因使间隙电流保护失去作用，从这个意义讲，对于保护干式变压器中性点绝缘而言，零序过电压保护比间隙电流保护更重要，零序过电压保护通常和间隙电流保护一起共同构成干式变压器中性点绝缘保护。所以仅设置间隙电流保护而没有零序过电压保护是不够完善的，特别是当间歇性击穿时，放电电流无法持续，间隙电流保护将不起作用。 目前已经投运的110 kV变电站，大多数只装设中性点棒间隙而没有相应的保护，这种配置有弊无利，当电网零序电压升高到接近额定相电压时，所有中性点不接地的干式变压器均同时感受到零序过电压。如果没有采用间隙过流保护的终端干式变压器中性点间隙抢先放电，当无法持续放电时，则带电源的中性点不接地干式变压器将无法脱离故障电网。因此，对于低压侧无电源的终端干式变压器，如果没有配置完整的间隙电流保护及零序过电压保护，应解除中性点棒间隙或人为增大间隙距离，避免间隙抢先放电。 对于内桥接线的变电站，中性点接地干式变压器零序电流较好时限跳900和100母分不是较佳的方案。由于在低压侧并列运行时，跳900开关后多损失一段母线，同时中性点不接地干式变压器低压侧开关仍运行，在目前没有零序过电压保护的情况下，若因10 kV转电等原因存在临时低压电源，则不接地干式变压器就存在过电压的危险。因此，在110 kV侧已装设三相电压互感器的前提下，增加零序过电压保护是简便易行的安全措施。5 干式变压器中性点接地方式控制以及零序保护改进措施先先是要确保110 kV系统为有效接地系统。防止误操作是较根本的办法，保证电源端干式变压器110 kV侧中性点有效接地。如果保护整定许可，可以将电源侧2台并列运行的干式变压器中性点同时接地。 带电源干式变压器失去接地中性点后可能成为非有效接地系统，因此，对于电源端干式变压器或者将来可能带电源的干式变压器，在设计阶段就应考虑配置完整的中性点间隙保护，包括中性点零序过电流保护，中性点间隙电流保护以及母线开三角零序电压保护。 在110 kV馈出线路上，不论并接几台干式变压器，在电源侧中性点接地的情况下，各终端干式变压器中性点可以不接地运行。在实际运行中，为防止可能出现的不安全因素，可安排其中一台中性点接地，在选择接地中性点时，可按以下顺序考虑：先先选择低压侧临时带电源的干式变压器，其次考虑高压侧没有断路器的干式变压器，较后选择离电源端距离较短的干式变压器中性点接地即可。 已经投入运行的大部分110 kV终端变电站，由于目前尚未配置母线TV开三角零序电压保护以及中性点间隙电流保护，为避免中性点间隙抢先放电，应将原先装设的中性点棒间隙拆除或人为增大间隙距离。 今后设计的110 kV变电站，高压侧宜考虑采用三相电压互感器，设置零序过电压保护和干式变压器中性点间隙电流保护。这种配置可以提供灵活的运行方式，适应将来电网结构的变化。 对于内桥接线变电站，主变中性点零序电流保护较好时限应切除另一台不接地干式变压器，避免扩大停电范围或者可能出现的工频过电压。#p#分页标题#e#

作者简介：黄坚明(1965-)，男，工程师，继电保护专责，曾从事继电保护调试、设计、运行管理等工作。

作者单位：(厦门电业局，福建 厦门 361004)