摘要:本文分析了變壓器間隙保護(hù)的原理,以某110kV變電站由于末端電網(wǎng)存在儲(chǔ)能元件而發(fā)生間隙保護(hù)誤動(dòng)作為例,提出改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞:變壓器;間隙保護(hù);誤動(dòng)作
0引言
由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,部分變電站出線側(cè)存在電容器、電容式電壓互感器、電機(jī)等儲(chǔ)能元件,一旦電源線路上發(fā)生單相接地故障,線路電源側(cè)斷路器跳閘,在未重合前,孤立出來(lái)的末端電網(wǎng)系統(tǒng)中的儲(chǔ)能元件將向系統(tǒng)釋放能量。而此時(shí)由于進(jìn)線線路上接地故障的存在,形成了不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障。因此主變中性點(diǎn)承受很高的零序電壓,導(dǎo)致主變間隙保護(hù)動(dòng)作,跳開(kāi)主變各側(cè)斷路器。當(dāng)進(jìn)線電源側(cè)斷路器達(dá)到重合閘時(shí)間重合成功后,由于主變跳閘仍無(wú)法正常供出負(fù)荷,嚴(yán)重影響供電可靠性。為此,要進(jìn)行深入分析,尋求改進(jìn)措施,確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行,減少負(fù)荷損失。
1變壓器中性點(diǎn)接地方式
在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中,變壓器的中性點(diǎn)主要有三種工作方式:第一種是直接接地運(yùn)行;第二種是不接地運(yùn)行;第三種是部分接地運(yùn)行,主要是用于多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)。中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器的后備保護(hù)一般為零序電流保護(hù),零序電流則由零序電流互感器取得(安裝于中性點(diǎn)的引出線上),另外,還應(yīng)增設(shè)零序功率方向元件。而中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的變壓器,一般在中性點(diǎn)處需要加放電間隙,同時(shí)增設(shè)零序電壓和零序電流作為放電間隙的后備保護(hù)。
(1)中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行
在電力系統(tǒng)中,諸多的變壓器采用中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的方式,該方式運(yùn)行下應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)作為變壓器接地后備保護(hù)。零序電流通常取自變壓器中性點(diǎn)引出線上的零序電流互感器。通常,配置兩段式零序過(guò)電流保護(hù),配置保護(hù)時(shí)以減少切除故障后的影響范圍為原則,這兩段零序電流保護(hù)各帶兩級(jí)時(shí)限,根據(jù)較短的時(shí)限來(lái)斷開(kāi)分段斷路器或母線聯(lián)絡(luò)斷路器,以縮小故障影響范圍;根據(jù)較長(zhǎng)的時(shí)限有選擇性的動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。
(2)中性點(diǎn)部分接地或不接地運(yùn)行
相關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定,110kV及以上系統(tǒng)采用中性點(diǎn)直接接地的運(yùn)行方式。然而當(dāng)變電站有兩臺(tái)或兩臺(tái)以上變壓器并列運(yùn)行的時(shí)候,為了節(jié)省電網(wǎng)的運(yùn)行成本和提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性,一般只保證一部分變壓器的中性點(diǎn)可靠接地即可,這樣既可以有效限制短路電流,又可以保證不會(huì)發(fā)生失地現(xiàn)象。這種中性點(diǎn)部分接地或不接地運(yùn)行的變壓器保護(hù)一般配置兩種接地保護(hù):其中第一種采用階段式的兩段式零序電流保護(hù),用于中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器的接地保護(hù);另一種采用的接地保護(hù)配置與并列運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)有關(guān),用于中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行的變壓器。
2間隙保護(hù)
對(duì)于分級(jí)絕緣且中性點(diǎn)裝設(shè)放電間隙的變壓器,中性點(diǎn)可能直接接地運(yùn)行,也可能不接地運(yùn)行,在中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí),配置間隙零序過(guò)流零序過(guò)壓保護(hù)作為接地故障的后備保護(hù)。
傳統(tǒng)的間隙保護(hù)主要由間隙零序過(guò)流和零序過(guò)壓或出口,經(jīng)過(guò)延時(shí)t(0.3s)動(dòng)作于跳閘,邏輯框圖如下圖。
間隙零序過(guò)流保護(hù)與零序過(guò)壓保護(hù)合用一個(gè)時(shí)間元件,經(jīng)過(guò)同一時(shí)間元件跳閘的動(dòng)作邏輯值得探討:
3案例分析
電網(wǎng)主接線圖如上圖所示,運(yùn)行方式為進(jìn)線電源側(cè)斷路器運(yùn)行帶3座末端變電站全站負(fù)荷。末端變電站1的10kV兩段母線上各運(yùn)行1臺(tái)容量為1200kvar的電容器,末端變電站3的10kV 2段母線上各運(yùn)行1臺(tái)容量為4800kvar的電容器。3座變電站10kV母線分列運(yùn)行,100斷路器熱備用。2018年7月12日,110kV電源線路距電源側(cè)變電站約650m處發(fā)生B相接地故障。17ms后,電源側(cè)變電站線路保護(hù)距離I段保護(hù)動(dòng)作,零序過(guò)流I段保護(hù)動(dòng)作,跳開(kāi)線路電源側(cè)斷路器;1141ms后,重合閘動(dòng)作(重合閘動(dòng)作時(shí)間定值1s),開(kāi)關(guān)重合成功。在線路電源側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘到重合閘重合過(guò)程中,由于末端3座變電站中性點(diǎn)未接地,110kV系統(tǒng)通過(guò)電源線路與電網(wǎng)相連而具有的中性點(diǎn)接地點(diǎn)消失,此時(shí)電源線路上B相接地故障仍未消失,孤立的末端電網(wǎng)中儲(chǔ)能元件釋放能量,所以,492ms后末端變電站2的1號(hào)主變高后備保護(hù)裝置間隙2保護(hù)動(dòng)作(定值為零序電壓180V、間隙電流5A、時(shí)限Ⅱ定值0.5s),跳開(kāi)主變兩側(cè)開(kāi)關(guān)。從末端變電站2的1號(hào)主變保護(hù)裝置錄波圖可以看出,0時(shí)刻主變零序電壓228V左右,波形為平頂,電壓互感器飽和,此時(shí)主變間隙保護(hù)啟動(dòng)并計(jì)時(shí),零序高電壓持續(xù)110ms左右主變間隙擊穿,出現(xiàn)很大的間隙電流。從錄波圖分析間隙電流最大值為27.5A左右,并不斷衰減,持續(xù)時(shí)間為428ms,最小擊穿電流值為16.31A左右,超過(guò)間隙電流定值(5A,0.5s),492ms1號(hào)主變間隙保護(hù)2出口(間隙保護(hù)1時(shí)限停運(yùn)),主變保護(hù)動(dòng)作是正確的。查看3座末端變電站其他5臺(tái)主變保護(hù)均未動(dòng)作。結(jié)合3座末端變電站110kV母線電壓錄波器判斷,其他主變保護(hù)未動(dòng)作是正確的,因?yàn)榱阈螂妷捍笥诙ㄖ禃r(shí)間為110ms,小于保護(hù)動(dòng)作時(shí)限定值,末端變電站2的1號(hào)主變間隙擊穿后零序電壓迅速下降至72V左右,間隙保護(hù)返回。通過(guò)對(duì)3座變電站6臺(tái)主變間隙距離進(jìn)行實(shí)測(cè),末端變電站1,3主變中性點(diǎn)間隙型式為棒形,4臺(tái)主變中性點(diǎn)棒間隙為220mm;末端變電站2的1號(hào)主變中性點(diǎn)球間隙為58mm,2號(hào)主變中性點(diǎn)球間隙為60mm。擊穿與實(shí)際間隙設(shè)置相符。線路電源側(cè)開(kāi)關(guān)重合后由于末端變電站2的1號(hào)主變跳閘,其所帶負(fù)荷未及時(shí)供出。
4改進(jìn)措施
(1)對(duì)電網(wǎng)中末端變電站增加第二電源進(jìn)線,增加進(jìn)線斷路器、電流互感器及保護(hù)裝置、備自投裝置,完善和優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。
(2)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化能徹底解決問(wèn)題,但所需時(shí)間較長(zhǎng)。為了能及時(shí)有效解決問(wèn)題,通過(guò)對(duì)故障和現(xiàn)有保護(hù)裝置配置研究,制定以下解決對(duì)策并實(shí)施,取得良好效果。實(shí)例2中的末端變電站進(jìn)線無(wú)保護(hù),因此根據(jù)實(shí)際情況制定了利用主變間隙保護(hù)實(shí)現(xiàn)快速切除末端系統(tǒng)中電容器的辦法來(lái)防止主變?nèi)?。間隙保護(hù)一般有2個(gè)時(shí)限,整定較短時(shí)限來(lái)啟動(dòng)跳閘繼電器的備用出口跳開(kāi)電容器,整定較長(zhǎng)時(shí)限跳變壓器各側(cè)斷路器。這樣電容器跳開(kāi)后主變中性點(diǎn)零序電壓降低,間隙保護(hù)返回。進(jìn)線上若為瞬時(shí)故障,重合成功后主變正常供電,提高了供電可靠性。
(3)加強(qiáng)對(duì)線路出線走廊的保護(hù)力度,清除不安全因素。
5結(jié)論
變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行要求提高專業(yè)人員對(duì)設(shè)備原理的了解,增強(qiáng)發(fā)生故障時(shí)正確分析與處理問(wèn)題的能力;應(yīng)使運(yùn)行人員掌握設(shè)備運(yùn)維過(guò)程中安全措施的制定方法,減少人為造成隱性故障概率。
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作者簡(jiǎn)介:
傅國(guó)良,(1975-),男,本科,技師,從事變電運(yùn)行工作。