一次间隙零序引起主变动作事故分析

王 晋

（晋城供电公司,山西 晋城 048000）

变压器是变电站中的重要设备，设备的正常运行关系着电网的稳定和该站的可靠供电，为此，对主变的保护配置了多种保护，主要有变压器的主保护，如主变差动保护。后备保护，如过流保护和间隙保护，后备保护一般配置了双重保护，就是为了变压器发生故障时候要看可靠动作，跳开故障，保护变压器。

1 变压器中性点间隙保护

对于中性点直接接地的变压器，装设零序电流保护，作为接地短路故障的后备保护。对于中性点不接地的半绝缘变压器，装设间隙保护作为接地短路故障的后备保护。

所谓半绝缘变压器即其中性点线圈的对地绝缘比其他部位低。所以中性点的绝缘容易被击穿。在电力系统中，希望每条母线上的零序综合阻抗尽量维持不变，这样零序电流保护的保护范围也比较稳定，因此接在母线上的几台变压器的中性点采用部分接地，当中性点接地变压器检修时，中性点不接地的变压器再将中性点接地，保持零序综合阻抗不变。

这样带来了一个新的问题。如果发生单相接地短路时所有中性点接地的变压器都先跳了，而中性点不接地的变压器还在运行。这样成了一个小接地电流系统带单相接地短路运行，中性点的电压将升高到相电压，对于半绝缘变压器中性点的绝缘会被击穿。

在20世纪90年代，为确保变压器中性点不被损坏，将变电站所有的变压器零序过流保护的出口横向联系起来，去启动一个公用出口部件。通常该出口部件叫做零序公用中间，当系统或变压器内部发生接地故障时，中性点接地变压器的零序电流保护动作，去启动零序公用中间。零序公用中间启动后，先去跳中性点不接地的变压器，当故障仍然未消失时再跳中性点接地的变压器。

运行实践表明，上述保护方式存在严重缺点，容易造成全站或全厂一次切除多台变压器，甚至全站全厂大停电。另外，由于各台变压器零序过流保护之间有了横向联系，使保护复杂化，容易造成人为的误操作，所以这种方法也不被使用。

为了避免系统发生接地故障时，中性点不接地变压器由于某种原因中性点电压升高造成中性点绝缘的损坏，在变压器中性点安装一个放电间隙，放电间隙的一端接地。当中性点电压升高至一定值时，放电间隙击穿接地，保护了变压器中性点的绝缘安全。当放电间隙击穿接地后，放电间隙处将流过一个电流，该电流由于在相当于中性点接地的线上流过，所以是电流，利用该电流可以构成间隙零序电流保护。

2 间隙保护的作用原理

2.1 原理接线

图1 间隙保护原理接线图

2.2 动作方程即逻辑框图

间隙零序电流保护与零序电压保护的动作方程为

式中，I0为流过击穿计息的电流； 3U0为电压互感器的开口三角形电压；I0OP为间隙保护动作电流，通常整定为100A，U0OP为间隙保护动作电压，通常整定为180V。

保护逻辑框为图2所示。

图2 间隙保护逻辑框图

由图2可以看出，当间隙零序电流或电压互感器开口三角零序电压大于动作值时，保护动作，延时跳开变压器各侧断路器。

3 事故分析

3.1 事故前的运行情况

该110kV 变电站接线方式为：220kV 侧为单母分段，35kV 侧为单母分段，10kV 侧为单母分段运行方式。故障前运行方式为：110kV184 线一段运行、186 线ΙΙ 段运行，分段180 断路器在合位，1 号主变181 上Ι 段运行，2 号变上ΙΙ 母运行。35kV384线、385 线在35kVΙ 段运行；35kVΙΙ 段母线带388线、389 线运行，35kV 母联380 断路器在分位；10kVΙ段母线和ΙΙ 段母线分别带母线上面的各出线间隔和电容器间隔，分段880 在分位。一次系统的主接线方式如图3所示。

图3 变电站系统主接线简图

7月20日14:15:08，一号主变间隙电流动作，先后跳开了主变181 断路器和分段的180 断路器，属于主变的后备保护，动作电流为1.67A，定值为1.25A，故障持续时间约30ms。

3.2 1 号主变保护动作情况

7月20日14:15:08，1 号主变后备1 保护零序间隙保护动作，比率差动保护启动，间隙零序电流为0.35Ιe（定值为0.3 Ιe），后备2 保护启动，从录波图上看出110kV 高压侧C 相电压忽然变大，产生了很大的过电压，故障持续时间约50ms。后备保护在14:15:08 634ms 时动作。间隙零序定值为1.67A，一时限位0.3s，跳180 断路器，二时限为0.5s，跳180 断路器和主变的三侧181、381、881 断路器。零序电压定值为150V，时间为0.5s，跳主变三侧断路器。

根据滤波图、保护启动和动作情况，可以看出故障是短时性的故障，而且，发生故障后，故障忽然消失，而且故障的电压是一个忽然大的电压直接冲到了主变的高压侧，当时的天气情况是雨天，而且伴随有很大的雷电，有可能是雷电直接冲到了线路上面或者是主变的Ι 段母线上面，在主变的高压侧产生了瞬时的过高压，直接使间隙电流放电，间隙零序保护动作，跳开了与母线相联的主变断路器181 和分段断路器180，线路184 保护启动了，但是故障很快的消失，184 过流动作启动。

到线路侧检查，发现该线路到站内的龙门架的架空线上面没有安装避雷器，该站为新投运变电站，在线路的安装时没有注意到避雷器的安装重要性，导致在有雷电的时候，雷电冲击线路上面，该高压就顺着线路一直进了变电站，而母线上面的避雷器没有联接好，导致雷电的高电压从变压器的高压侧中性点间隙放电，主变后备保护的间隙零序电流动作。

4 预防措施

1）在高压侧的母线上各出线上面要安装线路避雷器，这是该站设计上面的缺陷。只在母线上安装了避雷器，没有在出线侧安装避雷器，如有线路上的雷电就直接冲到了母线的避雷器和母线联接的设备上。

2）运行实践表明，曾因变压器中性点放电间隙误击穿致使间隙保护动作的现象比较多。因此为了提高间隙保护的工作可靠性，正确地整定放电间隙的间隙距离是非常必要的

在计算放电间隙的间隙距离之前，需要确定危及变压器中性点安全的决定因素。首先要根据变压器所在的系统的正序阻抗及零序阻抗的大小，计算电力系统发生了接地故障又失去中性点接地时是否会危及变压器中性点绝缘，如果不危及，那么根据冲击过电压来选择放电间隙的距离。

该站变压器的间隙稍大，超过了15cm，按照规程要求，主网站的变压器，在高压侧的中性点要求不接地运行时候，110kV 变电站的变压器间隙零序保护中的间隙求在10～12cm 之间，可是该变压器超过了该间隙，事故后进行了更改。

3）为了提高间隙保护的性能，间隙电流互感器的变比应较小，由于变压器零序保护所用的零序电流互感器变比比较大,故间隙电压互感器应单独设置。且在投运是时候要进行变比级性试验、高压试验，保证变压器在运行的时候有间隙电流时候可以可靠的动作，来保护变压器。

5 结论

变压器后备保护零序间隙动作，保护了变压器的安全的现象多次发生，可是每次发生的事故的原因都不太一样，每次都要分析出事故的发生原因，多做事故的预想分析，这样就可以在今后的安装或设计时候避免同样的事情发生。本次事故的发生主要就是雷电的原因引起的，说明了设计时候没有考虑到线路的雷电会冲到主变上面，引起主变的间隙零序动作。通过分析主变的跳闸原因，对今后变电站的设备设计和安装做出一个提示，有很好的实际意义。

[1] 国家电力调度中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2009.

[2] 平绍勋.电力系统内部过电压保护及实例分析[M].北京:中国电力出版社,2006.

[3] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,1996.