變壓器零序保護(hù)和間隙保護(hù)的配合

摘 要：多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)只允許一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)直接接地的變壓器零序電流保護(hù)首先動(dòng)作，若故障仍未切除，再由零序過(guò)壓保護(hù)進(jìn)行切除。故單從零序保護(hù)選擇性判斷保護(hù)選擇性不高?，F(xiàn)結(jié)合我公司關(guān)于主變保護(hù)的整改計(jì)劃，對(duì)多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)發(fā)生接地故障時(shí)的動(dòng)作邏輯進(jìn)行敘述。

關(guān)鍵詞：選擇性；列運(yùn)行；零序保護(hù)；間隙保護(hù)

2013年6月8日接到廣州中調(diào)下發(fā)流溪河電廠涉網(wǎng)安全檢查后整改計(jì)劃，其中針對(duì)主變保護(hù)提出加裝間隙CT以完善間隙零序過(guò)流回路，健全主變不接地保護(hù)?，F(xiàn)結(jié)合我廠兩臺(tái)主變并列運(yùn)行的運(yùn)行工況對(duì)并列運(yùn)行變壓器接地故障的正確切除進(jìn)行分析。

1 保護(hù)原理

當(dāng)中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)中發(fā)生接地短路時(shí)，將出現(xiàn)很大的零序電流，利用零序電流來(lái)構(gòu)成接地短路的保護(hù)，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在110kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)中。而當(dāng)中性點(diǎn)不直接接地時(shí)，若發(fā)生單相接地時(shí)，其他兩相的對(duì)地電壓要升高倍，對(duì)絕緣水平不高的設(shè)備構(gòu)成安全威脅，因此為了防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大造成兩點(diǎn)或多點(diǎn)接地短路時(shí)，應(yīng)由間隙保護(hù)及時(shí)反應(yīng)。

2 我廠主變零序與間隙保護(hù)現(xiàn)狀介紹

流溪河發(fā)電公司升壓站主接線為單母線運(yùn)行，無(wú)母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)（如圖1所示）。

兩臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行，正常運(yùn)行工況下一臺(tái)主變中性點(diǎn)直接接地，另外一臺(tái)主變中性點(diǎn)不接地。兩臺(tái)主變后備保護(hù)裝置均配有接地保護(hù)（即零序過(guò)流保護(hù)）和不接地保護(hù)（即間隙保護(hù)），中性點(diǎn)接地的主變投入零序過(guò)流保護(hù)，中性點(diǎn)不接地主變投間隙保護(hù)。當(dāng)發(fā)生接地時(shí)由于電廠系統(tǒng)內(nèi)存在一中性點(diǎn)接地，故零序過(guò)壓不會(huì)突變過(guò)高而達(dá)到整定值，此時(shí)故障由中性點(diǎn)接地主變的零序過(guò)流保護(hù)功能跳開(kāi)本側(cè)開(kāi)關(guān)。若故障未被消除，此時(shí)運(yùn)行中的變壓器中性點(diǎn)不接地，而使非故障相相電壓升至倍，主變絕緣將承受倍電壓沖擊考驗(yàn)。而此時(shí)由于整個(gè)電廠運(yùn)行小系統(tǒng)中無(wú)中性點(diǎn)接地，故由間隙保護(hù)進(jìn)行保護(hù)，切除故障點(diǎn)。

現(xiàn)階段主變保護(hù)裝置存在以下三點(diǎn)弊端：兩臺(tái)主變保護(hù)裝置在故障發(fā)生時(shí)零序過(guò)流保護(hù)無(wú)選擇性，正確率為50%。

切除中性點(diǎn)接地的主變后，若故障仍存在則中性點(diǎn)不接地主變絕緣承受倍電壓沖擊考驗(yàn)，對(duì)主變安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。

由于我公司主變無(wú)間隙CT，保護(hù)裝置無(wú)法采取到間隙上的零序電流。當(dāng)達(dá)到間隙放電電壓時(shí)，間隙放電。此時(shí)間隙過(guò)壓與間隙過(guò)流交替存在，若兩現(xiàn)象交替時(shí)間周期小于間隙過(guò)壓保護(hù)動(dòng)作延時(shí)時(shí)間，則單投間隙過(guò)壓保護(hù)并不能使保護(hù)正確動(dòng)作，此間隙保護(hù)功能不健全。因此必須增加間隙零序電流量，投入間隙過(guò)壓過(guò)流保護(hù)功能。

3 變壓器并列運(yùn)行的保護(hù)邏輯

多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行存在兩種接線方式，一種為母線裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，另一種為母線不裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

（1）若母線上不裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，如圖1所示。當(dāng)發(fā)生接地時(shí)故障先由中性點(diǎn)接地主變的零序過(guò)流保護(hù)功能跳開(kāi)本側(cè)開(kāi)關(guān)。若故障未被消除，此時(shí)運(yùn)行中的變壓器中性點(diǎn)不接地，故障便由此主變的間隙保護(hù)切除故障點(diǎn)。此保護(hù)邏輯并無(wú)準(zhǔn)確選擇故障線路的功能，切除故障正確率是50%。（2）若母線上不裝設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，如圖1所示。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)還有一種保護(hù)動(dòng)作情況為由中性點(diǎn)接地主變的零序過(guò)流保護(hù)功能第一時(shí)限跳開(kāi)并列變壓器的高壓開(kāi)關(guān)，稱(chēng)為零序互跳。若故障未消除再跳開(kāi)中性點(diǎn)接地主變。此保護(hù)跳閘邏輯很容易擴(kuò)大停電范圍，保護(hù)準(zhǔn)確性低。（3）若母線上存在聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)時(shí)，如圖2所示。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)接地的主變保護(hù)第一時(shí)限切開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，此時(shí)兩臺(tái)主變相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行。再由各自所投入的零序過(guò)流保護(hù)與間隙保護(hù)作判據(jù)來(lái)正確切除故障點(diǎn)，正確切除故障率達(dá)100%，避免擴(kuò)大停電范圍，提高了繼保的選擇性。

綜上所述：若多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，發(fā)生接地故障，在中性點(diǎn)接地的變壓器上反應(yīng)出較大零序電流電壓，由此主變的零序保護(hù)將并列運(yùn)行的變壓器分解為單獨(dú)運(yùn)行。再由各變壓器根據(jù)自身中性點(diǎn)的接地方式來(lái)選擇是由零序保護(hù)還是間隙保護(hù)正確切除故障點(diǎn)。能有效提高保護(hù)的準(zhǔn)確性，有效防止擴(kuò)大停電范圍。

4 針對(duì)我廠接線形式的整改方案分析

方案一：實(shí)現(xiàn)零序過(guò)流保護(hù)跳對(duì)側(cè)主變開(kāi)關(guān)功能。

加裝間隙CT投入間隙過(guò)壓過(guò)流保護(hù)功能，以健全間隙保護(hù)功能。在保護(hù)裝置跳閘邏輯中實(shí)現(xiàn)零序過(guò)流保護(hù)第一時(shí)限跳對(duì)側(cè)主變開(kāi)關(guān)后跳本側(cè)主變開(kāi)關(guān)功能。

優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，先跳開(kāi)中性點(diǎn)不接地的主變開(kāi)關(guān)，若故障仍存在則跳開(kāi)本側(cè)主變開(kāi)關(guān)。使得中性點(diǎn)不接地的主變不用承受■倍電壓沖擊考驗(yàn)，有效保護(hù)到主變絕緣。

缺點(diǎn)：（1）校驗(yàn)主變保護(hù)功能時(shí)需將兩臺(tái)主變停運(yùn)，全廠將會(huì)失壓；（2）需改動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯，與設(shè)計(jì)時(shí)不符。增加接線，使邏輯復(fù)雜化不利于保護(hù)功能的可靠性，存在技術(shù)規(guī)范風(fēng)險(xiǎn)；（3）此方案無(wú)法提高零序過(guò)流與間隙保護(hù)功能的選擇性。

方案二：在110kV母線上加裝聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)。

加裝間隙CT，引入間隙電流量，投入間隙保護(hù)。在110kV母線上加裝聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)（如圖2所示）。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，中性點(diǎn)接地的主變保護(hù)第一時(shí)間切開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，此時(shí)兩臺(tái)主變相對(duì)獨(dú)立運(yùn)行。再由各自所投入的零序過(guò)流保護(hù)與間隙過(guò)壓過(guò)流保護(hù)作判據(jù)來(lái)正確切除故障點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：保護(hù)能正確選擇故障線路進(jìn)行切除，保護(hù)存在準(zhǔn)確的選擇性，不擴(kuò)大停電范圍。

缺點(diǎn)：切開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)后中性點(diǎn)不接地主變絕緣承受倍電壓沖擊考驗(yàn)，不利于主變安全運(yùn)行。

方案三：加裝間隙CT投入間隙過(guò)壓過(guò)流保護(hù)。

加裝間隙CT，引入間隙電流量，投入間隙保護(hù)。發(fā)生接地故障時(shí)，由中性點(diǎn)接地的主變的零序過(guò)流保護(hù)跳開(kāi)本側(cè)主變開(kāi)關(guān)。若故障仍存在，此時(shí)中性點(diǎn)不接地主變則承受倍電壓沖擊考驗(yàn)，由此主變投入的間隙保護(hù)跳開(kāi)本側(cè)主變開(kāi)關(guān)。

優(yōu)點(diǎn)：（1）與主變保護(hù)裝置本身設(shè)計(jì)邏輯相符合，不增加保護(hù)邏輯。（2）兩臺(tái)主變保護(hù)裝置獨(dú)立運(yùn)行。校驗(yàn)保護(hù)功能時(shí)無(wú)需停運(yùn)兩臺(tái)主變，利于廠內(nèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定。

缺點(diǎn)：不可避免中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)時(shí)對(duì)主變絕緣的倍電壓沖擊考驗(yàn)，考慮我廠主變運(yùn)行時(shí)限長(zhǎng)，此電壓沖擊危險(xiǎn)性高，不利于主變安全運(yùn)行。

此方案無(wú)法提高零序過(guò)流與間隙保護(hù)功能的選擇性。

結(jié)合以上分析建議采用方案二來(lái)完善我公司兩臺(tái)主變對(duì)接地故障的保護(hù)功能。在110kV母線上加裝聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，并在跳閘邏輯上設(shè)置為零序電流保護(hù)先跳開(kāi)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)再由各主變的保護(hù)功能正確切除故障點(diǎn)，能有效的提高保護(hù)功能的準(zhǔn)確性，有效防止擴(kuò)大停電范圍。至于對(duì)中性點(diǎn)不接地主變的■倍電壓沖擊，只要主變性能穩(wěn)定，一般是可以承受此電壓的。故選擇方案二能有效完善兩臺(tái)主變的保護(hù)功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，母線上無(wú)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)時(shí)，若發(fā)生接地故障時(shí)，零序過(guò)流保護(hù)和間隙保護(hù)配合無(wú)法正確切除故障點(diǎn)，有擴(kuò)大停電范圍風(fēng)險(xiǎn)。

若在母線上增加母聯(lián)開(kāi)關(guān)，由中性點(diǎn)接地變壓器的零序電流保護(hù)第一時(shí)限切開(kāi)各母聯(lián)開(kāi)關(guān)，將變壓器解列為單獨(dú)運(yùn)行，再由各變壓器自身所投的零序過(guò)流保護(hù)或間隙保護(hù)正確切除故障點(diǎn)，能有效的提高接地保護(hù)的動(dòng)作準(zhǔn)確性，有效防止擴(kuò)大停電范圍。

作者簡(jiǎn)介：羅平（1989，10-），男，籍貫：江西南城，學(xué)歷：本科，單位：廣東粵電流溪河發(fā)電有限責(zé)任公司。