变压器中、低压侧有小电源的中性点接地方式的优化选择

邓革伟

(国网湖南省电力公司株洲供电分公司，湖南株洲412011)

变压器中、低压侧有小电源的中性点接地方式的优化选择

邓革伟

(国网湖南省电力公司株洲供电分公司，湖南株洲412011)

Optimization selection of neutral grounding state of transformer with small power source in low and medium voltage side

通过一例变电站主变中性点间隙保护动作的具体事例，分析了其“误动”的原因，列举了辅助防范措施，重点从直接接地、间隙接地两个方面，探讨了变压器中、低压侧有小电源的中性点接地方式的优化选择问题，给出了一些解决问题的建议。

变压器；小电源；中性点；优化选择

电力系统中，变压器中性点的接地方式，一般说有下列三种:直接接地、间接接地(经中性点间隙或消弧线圈接地)和不接地。110 kV电压等级的电力系统，变压器中性点一般采用直接或经间隙接地方式，而35—10 kV电压等级电力系统一般采用不接地或经消弧线圈接地方式，当发生单相线路接地时，一般允许运行1～2 h。

随着10 kV及以下配网日益强大，110 kV变压器中、低压侧有小电源的方式也是越来越多，特别是一些小水电发电比较集中的山区。变压器中性点如何选择接地方式，保护好主设备，通过一起110 kV变电站主变中性点间隙保护“动作”的事例中，探讨中性点接地方式的优化选择。

1 事故过程

某110 kV变电站110 kV，35 kV运行接线如图1所示，运行方式是:110 kV 508线路主供，504线路热备用，502线路运行为另一变电站备用电源(对侧断路器处于热备用状态)；35 kV线路414运行，带一个35 kV变电站负荷；406线路运行，为另一个35 kV变电站备用电源；402线路运行，带用户负荷；10 kV 304线路运行，其他10 kV线路热备用；1号主变三侧运行(目前该变电站为单台变压器)，中性点刀闸5×16断开。

图1 110 kV变电站运行接线图

13时左右，508线路对侧526保护动作跳闸，重合成功；但该110 kV变电站的1号主变高压侧间隙过压第一时限保护动作跳三侧开关(间隙电压247.113 V，整定值180 V)。

事后调查，508线路对侧526开关接地距离Ⅰ段保护动作跳闸，重合成功，系508线路73号杆(全线126基杆)C相遭雷击所致。现场检查该变电站一、二次设备(含主变)无异常，将1号主变中性点接地运行，投入110 kV中性点零序保护，该变电站恢复正常运行方式。

2 原因分析

2.1 设备参数及整定原则

该变电站1号主变型号为SSZ11-50000/110，接地方式为中性点经间隙接地方式，主变保护配置差动保护、复闭过流保护、高压侧间隙过压保护、零序过流保护；1号主变保护过电压保护动作值: Ug.0.op为180 V，T为0.3 s，跳变压器高、中、低压三侧断路器；过电流保护定值为100 A/ngj，中性点零序TA变比一般为100/1，故整定值为1 A，时限为4.5 s跳三侧。

508线路该侧保护配置:距离保护Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段；零序电流Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段；重合闸检同期。

508线路对侧526线路保护配置:距离保护Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ段，零序电流Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ段；重合闸检无压。

2.2 保护动作分析

第一阶段:508线路73号杆C相遭雷击(全线126级杆)，线路发生单相接地故障，系统产生零序电流，根据现场故障录波，线路对侧526保护故障时系统测量阻抗为4.15 Ω，小于整定值5.45 Ω，保护正确动作。变电站侧508故障电流为0.12 A(折算到一次侧为72 A)，508保护装置启动，但由于故障电流太小(比负荷电流还小)，因此保护装置未判断出故障，保护未出口，5 s后装置返回，保护正确“不动作”。

第二阶段:线路对侧526保护跳闸后，由于该站35 kV部分的414线路上接有小水电并网，总装机容量约6 225 kW，当时上网约5 500 kW，该变电站供电区成为不接地系统，中性点电压发生位移，非故障相电压快速上升，按照故障录波显示，该变电站110 kVⅠ母3U0达247.113 V，超过整定值180 V，1号主变高压侧间隙过压保护动作，第一时限0.3 s后跳该变1号主变三侧，保护正确动作。

第三阶段:该变电站1号主变跳闸后，508线路两侧无电源，雷击点电弧熄灭，绝缘恢复，3.5 s后下526重合闸动作，故重合成功。

2.3 间隙零序过流保护未动作分析

该变电站1号主变中性点采用棒形放电间隙并联避雷器的保护方式，所配避雷器型号为Y1.5W5－73/173W。根据《国网湖南省电力公司防止110 kV及以上变压器损坏和跳闸重点措施(2014版)》要求:绝缘水平为60 kV的110 kV中性点间隙整定距离为150 mm，其工频放电电压约为75 kV，此次1号主变中性点间隙整定距离为150 mm，110 kV侧中性点在失去110 kV系统接地点后单相接地时不平衡电压接近主变压器额定相电压63.5 kV，放电间隙未击穿放电，未形成零序电流，故零序过流保护未动作。

3 防范及优化选择

3.1 辅助防范措施

一是通过优化110 kV线路、变压器保护配置，来防止主变保护误动。目前类似的变压器中、低压侧存在小电源的变电站，110 kV线路保护配置不完善、变压器保护配置不完整的问题还存在。一些110 kV线路未配置线路保护，而普通的距离零序保护，就线路两侧而言，整定值相同的情况下，小电源侧所能供给的故障电流较小，保护不动作的可能性大。建议采用全线快速、带弱馈的光纤纵差保护，提高保护的可靠动作性。对110 kV分级绝缘、年限久、有缺陷的主变进行一次评估，尽快进行更换不合格的主变保护装置，特殊情况，考虑其中性点直接接地方式的应用。二是间隙保护整定原则可以进一步优化。按照目前整定原则，110 kV变压器间隙过电压保护定值为180 V，时限0.3 s跳主变各侧。如果能够考虑间隙过电压保护分两段时限，第一时限先动作跳闸切除带有小电源的35 kV或10 kV线路，第二时限再切除主变各侧。切除带有小电源的线路后，线路无任何电源，等线路重合成功或备自投动作成功，恢复该站负荷的正常供电。

3.2 中性点接地方式探讨

3.2.1 直接接地

优势在于故障情况下，设备免受过电压的考验，中性点位移电压控制在相电压的30%以下。风险在于:一是中性点接地太多造成零序网络复杂，零序阻抗减小，保护灵敏度降低；二是当电源比较小时，特别是经过几级设备上网时，所能提供的故障电流很小，造成故障不能及时切除，可能造成故障扩大后才能切除，或者延时达到发电机解列条件切除。

3.2.2 间隙接地

优势在于一旦有效接地系统变为不接地系统，只要间隙电压达到180 V便在0.3 s内切除故障，切除故障快速。风险在于变压器中性点及非故障相遭受过电压。本次故障根据录波的结果，3U0达到247 V，折合中性点一次电压为49 kV左右，非故障相电压100 kV左右，所幸本次故障主变为全绝缘变压器，过电压不超过其短时工频耐受电压，对变压器无影响，但多次如此，主变的绝缘必然受到损害。根据理论计算，中性点不接地系统，单相接地时中性点最大位移电压为相电压，非故障相电压上升为线电压。

4 结论

建议对中、低压侧小电源装机容量超过所在地区单台变压器容量10%的变电站，至少保持1台变压器中性点接地运行，而小于单台变压器容量10%的全绝缘变压器，中性点间隙接地运行；中、低压侧有小电源的变电站分级绝缘的变压器中性点接地运行。同时，对于小水电集中地区，在110 kV变电站的主变至少1台接地情况下，对其正常及N－1情况下零序电抗进行校核，要求保护灵敏度理论上满足要求。此外，针对目前全省部分地区的无电源变压器均投入间隙保护，承受工频过电压有风险的情况，建议将主变中性点接地运行。

〔1〕许建安.继电保护整定计算〔M〕.北京:中国水利水电出版社，2003.

〔2〕李海涛.电力系统分析〔M〕.北京:人民邮电出版社，2012.

〔3〕马永翔，王世荣.电力系统继电保护〔M〕.北京:中国林业出版社，2006.

〔4〕中华人民共和国国家发展和改革委员会.3 kV～110 kV电网继电保护装置运行整定规程:DL/T 584—2007〔S〕.北京:中国电力出版社，2007.

〔5〕中华人民共和国电力工业部.交流电器装置的接地:DL/ T621—1997〔S〕.北京:中国电力出版社，1997.

TM862

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1008-0198(2016)05-0071-02

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.05.019

邓革伟(1968)，男，湖南祁阳人，本科，工程师，主要从事电力安全、质量监督方面的管理工作。

2015-11-18 改回日期:2016-06-12