110kV变压器中性点接地方式与零序保护配置

收稿日期:1999O 10O 25

110kV 变压器中性点接地方式与零序保护配置

黄坚明(厦门电业局,福建厦门361004)

摘要:在分析变压器零序保护配置的基础上,对110kV 变压器中性点过电压问题、接地方式的控制以及目前厦门电网110kV 变压器零序保护设计存在的安全隐患等进行了初步探讨,提出拆除部分中性点棒间隙,改善变压器零序保护配合的措施。

关键词:变压器;中性点;零序保护

中图分类号:TM 772 文献标识码:B 文章编号:1006O 6047(1999)06O 0064O 03

1 变压器零序保护配置

厦门电网目前全部选用分级绝缘变压器,在多台变压器并列运行的变电站,主变中性点一般采用部分接地的运行方式。对于中性点不接地的变压器,其外部故障的后备保护,过去采用零序互跳保护或中性点间隙保护两种方法。111 零序互跳保护

变压器中性点零序过电流动作时先跳开中性点不接地变压器的保护方式,称为零序互跳。如图1,2台主变并列运行,1号主变中性点接地,当K 2点发生接地故障时,1号主变中性点零序过流保护动作,第一时限跳2号主变高低压侧开关,K 2故障点被隔离,1号主变恢复正常运行。如果故障点在K 1处,当第一时限跳开2号主变后,零序过流保护第二时限跳本变压器,切除故障。零序互跳保护显而易见的缺点是:¹有选择性切除故障的概率只有50%;º母线故障时没有选择性,会扩大停电范围;»零序过流保护时间整定必须和主变相间保护配合,对保护整定配合不利;¼必须在2台变压器同时停运时才能进行互跳试验,条件苛刻,二次接线容易错误。

图1 变压器并列运行示意图

112 变压器中性点间隙保护

为了克服上述缺点,福建省中调闽电调继[1998]165号文要求将220kV 主变110kV 侧零序互跳保护改为间隙保护。间隙保护采用的方法是在变压器中性点加装放电间隙及间隙电流互感器,并与母线TV 开口三角零序过电压保护共同组成。如图1,仍为2台主变并列运行,1号主变中性点接地。当K 2点接地故障时,1号主变中性点零序过流保护第一时限跳100母分开关,Ñ段母线与故障点隔离,1号主变恢复正常运行。100母分开关跳闸后,K 2故障点仍存在,由2号主变中性点间隙电流保护或零序过电压保护动作跳本变压器,实现故障隔离。同样,当K 1点接地故障时,1号主变中性点零序过流保护第一时限跳开100母分开关,2号主变与故障点隔离,可以继续运行。但K 1故障点仍存在,1号主变零序过流保护第二时限继续跳开本变压器,消除故障。因此,采用间隙保护明显的优点是:¹作为变压器本体的设备保护,无需和其他保护配合,整定简单;º动作过程具有选择性,只隔离故障部分,不会扩大停电范围。

该文件中仅要求将220kV 主变110kV 侧零序互跳保护改为间隙保护,但没有明确110kV 变压器接地方式及零序保护的配置,对于不同接线类型的110kV 变电站,变压器中性点接地方式应如何控制?零序保护应如何配置?特别是变压器中性点间隙保护,在110kV 系统中应如何正确运用?现以厦门电网110kV 系统为例,对上述问题进行初步的探讨。

2 厦门电网110kV 系统接线与保护配置特点

厦门地区110kV 系统接线特点是以放射状为

主,以220kV 变电站为电源点,通过110kV 线路向各

终端变电站辐射。110kV 终端变电站则采用内桥接线或线路O 变压器组接线方式,低压侧无电源。

64

第19卷(第6期)1999年12月 电力自动化设备 Electric Power Automation Equipment

Vol.19No.6

Dec.1999

如图2所示内桥接线变电站,在正常运行方式下,100母分开关不作为103和104线路的联络元件。因此,内桥接线变电站通常只有两种运行方式:1条线路带2台主变运行或2条线路各带1台变压器运行。在1线带2变运行方式下,2台主变只要有1台中性点接地即可,但必须由靠110kV 供电线路侧的变压器中性点接地运行,这一点很重要。内桥接线变电站目前的变压器零序保护配置为:中性点零序电流保护第一时限跳100和900母分;第二时限跳本变压器;同时,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110kV 线路空中走廊等原因,新建设的110kV 变电站较多采用线路O 变压器组接线,而且1条线路可/T 0接2台甚至3台变压器,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110kV TV 开三角零序电压保护(主变110kV 侧只有单相线路TV)。由于零序保护配置不够完整,在多台/T 0接的线路O 变压器组接线中,各变压器中性点仍全部接地运行。但是,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)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 110kV 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

U 0=

U <2Z 12+Z 02@Z 02=U <@Z 02/Z 12

Z 02/Z 12+2(1)

两相接地故障时,故障点稳态零序电压为

U 0=

U

2Z 02/Z 12+1

(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Z 0与正序阻抗Z 1之比。当Z 0/Z 1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Z 0/Z 1\3甚至Z 0=]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,Z 0=]。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U <。

通过对不对称故障正序、零序网络进行简单的分析可知,在110kV 系统中,只要保证电源端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220kV 变压器110kV 侧中性点有效接地,那么以该变压器配出的110kV 网络就一定是有效接地系统,Z 0/Z 1<3。若以Z 0/Z 1=3、系统相电压U <=73.0kV 代入(1)式可以算出在单相接地故障时,故障点零序U 0为4318kV 。因此,在110kV 有效接地系统中,不接地变压器中性点最大对地偏移电压<4318kV,小于分级绝缘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110kV 系统,在保证220kV 变压器110kV 侧中性点有效接地的情况下,各110kV 终端变压器中性点是否接地与系统及变压器本体的安全运行没有关系。

4 110kV 变压器零序保护存在的问题

在有效接地系统中,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变压器绝缘造成的危害。

65

第6期 黄坚明 110kV 变压器中性点接地方式与零序保护配置