线路遭雷击引起主变间隙保护动作跳闸停机事件的分析

唐爱玉，干建丽，程言忠，彭 峻

（1.浙江省水利水电投资集团，浙江 杭州 310020；2.浙江浙能水电管理有限公司，浙江 杭州 310009）

0 引言

超高压电力变压器均系半绝缘变压器，即位于中性点附近变压器绕组部分对地绝缘比其它部位弱，中性点的绝缘容易被击穿。主变间隙零序保护作为主变中性点不接地、中性点经间隙接地或经小电抗接地运行时的后备保护，作用就是保护变压器中性点的绝缘安全。但运行实践表明，因变压器中性点放电间隙误击穿使间隙保护误动的现象较多。

2012年4 月，某电站（220kV为双母线、发变组为单元接线，一共3个单元）同杆架设的220 kV TW线和220 kV JT线开关C相跳闸重合，同时2号主变间隙零序保护动作跳开2号主变开关，2号机组停机。

1 事故前运行方式

2号机发电运行，1号机、3号机热备用，1号主变、3号主变、220 kV JT线接正母运行，2号主变、220 kV TW线接副母运行，1号主变中性点刀闸在合闸位置，2号、3号主变中性点刀闸在断开位置。

2 现场检查情况

2.1 监控报文检查情况

2012年4月12日13∶54：39.244，220 kV TW线开关C相跳闸重合。

2012年4月12日13∶54：39.244，220 kV JT线开关C相跳闸重合。

2012年4月12日13∶54：39.250，2号主变间隙零序保护启动，延时0.5 s跳主变开关，并动作停机。

2.2 保护动作检查情况

2.2.1 220kV JT线保护动作情况

13∶54：39.244 ，220 kV JT线两侧第一套、第二套线路保护分相差动均动作，C相故障，保护测距结果距电站77 km。

13∶54：39.868 ，220 kV JT线开关C相分位。

13∶54：40.882 ，220 kV JT线RCS-931A重合闸动作。

13∶54：40∶971，220 kV JT线开关C相合位。

2.2.2 220kV TW线保护动作情况

13∶54：39.244 ，220 kV TW线两侧第一套、第二套线路保护分相差动均动作，C相故障，保护测距结果距电站69 km。

13∶54：39 ∶869 ，220 kV TW线开关C相分位。

13∶54：40.899 ，220 kV TW线CSC-122A重合闸动作。

13∶54：40 ∶973 ，220 kV TW线开关C相合位。

2.2.3 2号主变保护动作情况

13∶54：40.152 ，2号主变高压侧间隙零序电流保护动作，2号主变220 kV开关跳闸，2号机开关跳闸。

2.3 主变间隙整定情况

主变间隙零序保护整定值见表1。

表1 主变间隙零序保护整定值Table 1:Value setting of main transformer gap protection

2.4 避雷器动作检查情况

现场检查220 kV JT线、220 kV TW线C相避雷器，正、副母线C相避雷器均动作，3台主变高压侧C相避雷器、3号主变中性点避雷器计数器均显示动作一次。1号主变中性点接地、中性点避雷器未动作，2号主变中性点不接地、中性点避雷器未动作、间隙动作。

正母、副母、主变高压侧避雷器型号Y10W-204/532，线路避雷器的型号为HY10W-204/532，主变中性点避雷器型号Y15W1-144/320。经现场实测：1号主变中性点放电间隙350 mm，2号主变中性点放电间隙355mm，3号主变中性点放电间隙375mm。

2.5 故障后线路巡查情况

220 kV JT线为A局与B局共管线路，A局管辖范围为1～68号，管辖线路长度为29.881 km，1～33号与220 kV JW线1～33号同杆，35号～68号与220 kV TW线109～76号同杆双回，面大号在左侧。具体雷电监测查询结果报表见表2。

220 kV TW线为A局与B局共管线路，A局管辖范围为76～109号，管辖线路长度为24.596 km，76～109号与220 kV JT线68～35号同杆双回、110～129号与220 kV JW线34～53号同杆双回，面大号在左侧。具体雷电监测查询结果报表见表3。

根据雷电显示进行巡查，发现220 kV JT线58号C相小号侧玻璃绝缘子有雷击痕迹（与220 kV TW线86号同塔）。杆塔接地电阻9.6Ω。220 kV JT线58号与220 kV TW线86号C相小号侧玻璃绝缘子雷击情况见图1～3。

表2 220 kV JT线雷电监测信息查询结果报表Table 2:Query results of lightning monitoring information of 220 kV JT line

表3 220 kV TW线雷电监测信息查询结果报表Table 3:Query results of lightning monitoring information of 220 kV TW line

图1 220 kV JT线58号与220 kV TW线86号同塔Fig.1 Tower 58 of 220 kV JT line and tower 86 of 220 kV TW line is the same tower

图2 220 kV JT线58号C相小号侧玻璃绝缘子有雷击痕迹Fig.2 Lightning traces on the small side glass insulator of phase C on tower 58 of 220 kV JT line

图3 220 kV TW线86号C相小号侧玻璃绝缘子有雷击痕迹Fig.3 Lightning traces on the small side glass insulator of phase C on tower 86 of 220 kV TW line

3 故障分析

3.1 220 kV JT线和220 kV TW线同塔双回线路雷击同跳原因分析

从线路巡查情况和雷电监测信息查询结果可知，2012年4月12日13∶54：39.244 8，有一幅值为195.3 kA的正极性雷直击220 kV JT线58号塔（与220 kV TW线86号同塔），远超220 kV线路耐雷水平的设计值75～110 kA，反击导致该塔220 kV JT线C相和220 kV TW线C相玻璃绝缘子均遭雷击闪络，发生瞬时接地故障跳闸。

3.2 2号主变跳闸原因分析

2012年4月12日下午雷雨天气，220 kV JT线C相和220 kV TW线C相玻璃绝缘子雷击闪络之前，因雷击引起的雷电过电压波沿两回220 kV输电线路C相线侵入电站升压站，导致两条线路C相避雷器、正、副母线C相避雷器和3台主变高压侧C相避雷器均动作，2号主变中性点保护间隙动作，3号主变中性点避雷器动作。

220 kV JT线和220 kV TW线C相发生接地故障，在重合闸动作之前，中性点保护间隙动作时间超过了零序电流保护定值0.5 s，0.5 s时限出口，跳开2号主变两侧开关，2号机事故停机。

2号主变中性点保护间隙动作有以下两个原因：

（1）由于外部雷电过电压侵入波导致中性点间隙击穿。线路遭雷击导致主变压器单相或多相进波时，中性点将出现较高的雷电过电压，超过间隙动作电压时，间隙击穿以保护中性点绝缘。

（2）故障线路跳闸，没有重合之前，系统非全相运行，在主变中性点产生内部电磁振荡过电压，造成间隙击穿。

4 改进措施

4.1 中性点间隙距离整定

中性点间隙距离整定的基本原则是，当主变压器中性点出现危险的工频稳态、暂态过电压和铁磁谐振过电压时，间隙应动作，否则间隙不应动作，同时应兼顾主变压器中性点雷电过电压的保护要求。可综合以下方面确定间隙距离：

（1）因接地故障形成局部不接地系统，在工频稳态、暂态过电压下间隙应动作（决定间隙最大距离）；

（2）系统以有效接地方式运行发生单相接地故障，在工频稳态、暂态过电压下间隙不应动作（决定间隙最小距离）；

（3）间隙标准雷电波动作电压应低于标准雷电波耐受值0.85倍。根据原设计单位核算，电站变压器220 kV中性点间隙距离取250～350 mm。因此，1号主变中性点放电间隙350 mm和2号主变中性点放电间隙355 mm是合适的；但3号主变中性点放电间隙375 mm可以适当往减少方向调整。

4.2 主变中性点间隙零序保护动作时限延长

线路（雷击）单相接地故障大多为瞬时故障，重合成功率较高，很多故障线路单相跳闸后均重合成功，但主变压器却在线路重合前跳闸，延长主变中性点保护间隙零序保护动作时限躲开线路重合闸，则可避免主变压器误跳。

按照继电保护规程，线路重合闸时限一般整定为0.8 s，间隙零序保护时限一般整定为0.5 s，考虑到继电保护装置固有时延和开关合闸时延，建议将主变中性点间隙零序保护动作时限延长至1.2 s（经核算保护动作时限延长后，主变中性点绝缘损坏可控），则可避免线路故障消除、重合闸成功而因主变跳闸仍无法及时恢复供电的情况。

2号主变高压侧间隙零序电流为18.35A（二次侧故障电流）。2号主变高压侧间隙零序电流保护定值可以不调整。

4.3 三台主变中性点均直接接地

电站远离负荷中心且是末端，三台主变中性点直接接地和一台主变中性点直接接地运行，经过整定计算，对大系统的短路电流影响不大，对整个系统影响在可控范围内，这样采用三台主变中性点直接接地更合适。

5 结语

分析了一起线路遭雷击故障切除后，造成主变间隙零序保护不必要动作的原因，并提出了改进措施，能有效防止类似事件的再次发生，有助于提高电力系统稳定性，对类似情况有参考意义。

[1]江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]王维俭.大型机组继电保护理论基础[M].北京:中国电力出版社,1996.

[3]李冒国.变压器中性点零序保护的选择性问题[J].四川电力技术,1997(2):34-37.

[4]原电力工业部.DL/T 620-1997，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].1997.