陳剛

【摘 要】介紹了江南110kv電網(wǎng)運(yùn)行方式，根據(jù)江南一起110kv系統(tǒng)接地故障，分析了系統(tǒng)單相接地對(duì)系統(tǒng)保護(hù)的影響;對(duì)線(xiàn)路故障和主變保護(hù)動(dòng)作原因進(jìn)行了分析，提出了與零序保護(hù)相關(guān)的主變中性點(diǎn)間隙的配置及保護(hù)意見(jiàn)共同探討。以提高供電連續(xù)、可靠性。

【關(guān)鍵詞】接地故障;間隙放電;零序保護(hù)

中圖分類(lèi)號(hào)： TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）12-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.016

0 前言

江南電網(wǎng)承載著山會(huì)及來(lái)復(fù)的生產(chǎn)、生活用電，電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到江南片區(qū)的穩(wěn)定供能及各單位生產(chǎn)的穩(wěn)定性。江南110KV系統(tǒng)一期為城山線(xiàn)單電源供電，二期增加一條110kV天山線(xiàn)供電;兩條線(xiàn)路互為備用。主變編號(hào)為1#主變、2#主變，主變中性點(diǎn)按照宜賓電業(yè)局調(diào)度中心（地調(diào)）運(yùn)行方式管理，兩臺(tái)主變中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。10kV電網(wǎng)為中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)，電網(wǎng)的負(fù)載全部為電纜饋出。

在我國(guó)電力系統(tǒng)中，110KV系統(tǒng)屬于有效接地系統(tǒng)，110KV變電站的主變大多采用分級(jí)絕緣且部分接地。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地短路等不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，不接地主變中性點(diǎn)可能出現(xiàn)較高的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)過(guò)電壓，可能造成中性點(diǎn)保護(hù)間隙的擊穿及相關(guān)保護(hù)的誤動(dòng)作。而單相接地故障是110KV輸電網(wǎng)最為常見(jiàn)的故障類(lèi)型，單相接地后引起系統(tǒng)零序電壓升高而導(dǎo)致保護(hù)失去選擇性，則需加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)的研究。

1 110KV主變間隙放電原理及作用

江南110KV主變?yōu)?#主變、2#主變。主變間隙放電的機(jī)理復(fù)雜，受到間隙距離、氣象條件、間隙棒頭現(xiàn)狀及放電電壓的離散性影響。往往以零序電壓的穩(wěn)態(tài)值作為計(jì)算依據(jù)。

1.1 間隙保護(hù)原理

利用空氣在高電壓下會(huì)被電離擊穿現(xiàn)象，將兩個(gè)金屬針尖中間隔著空氣間隙安裝，其中一個(gè)金屬針尖接地，一個(gè)接保護(hù)設(shè)備。當(dāng)針尖之間空氣被事故過(guò)電壓擊穿電離，導(dǎo)致放電電流流過(guò)，從而將過(guò)電壓降低，空氣間隙絕緣恢復(fù)，放電被截止，對(duì)主變進(jìn)行保護(hù)。

間隙保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠，維護(hù)量小;缺點(diǎn)是工頻續(xù)流大，滅弧力差。

1.2 主變間隙作用

當(dāng)110KV線(xiàn)路遭受雷擊，雷電波從線(xiàn)路侵入110KV變電站到達(dá)中性點(diǎn)，產(chǎn)生特高雷電壓，而避雷器沒(méi)有達(dá)到動(dòng)作條件，靠間隙擊穿來(lái)保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣。

當(dāng)110KV系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，主變間隙放電可能導(dǎo)致系統(tǒng)零序網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，由于系統(tǒng)保護(hù)定值的計(jì)算均建立在正常的零序網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，則零序網(wǎng)絡(luò)的變化造成了保護(hù)定值的不確定性，這需要主變間隙保護(hù)定值與線(xiàn)路保護(hù)相結(jié)合。

對(duì)于單回線(xiàn)路運(yùn)行帶末端主變供電網(wǎng)絡(luò)的中性點(diǎn)可經(jīng)間隙接地。

2 江南110KV城山線(xiàn)單相接地故障分析

2.1 故障前系統(tǒng)運(yùn)行方式

山會(huì)變電站由110kV天山線(xiàn)、城山線(xiàn)分列運(yùn)行，110kV天山線(xiàn)空載運(yùn)行，110kV城山線(xiàn)帶江南片區(qū)負(fù)荷運(yùn)行，兩線(xiàn)路互為備用。兩側(cè)均設(shè)三段式距離保護(hù)，主變差動(dòng)保護(hù)，零序保護(hù)，線(xiàn)路重合閘，備自投投入運(yùn)行。正常運(yùn)行圖如圖1。

110kV分段100#開(kāi)關(guān)運(yùn)行，1#主變、2#主變中性點(diǎn)按照宜賓電業(yè)局調(diào)度中心（地調(diào)）運(yùn)行方式管理，兩臺(tái)主變中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。

2.2 故障過(guò)程及分析

2016年1月24日零時(shí)左右，山會(huì)變電站值班員報(bào)：110kV城山線(xiàn)失電，152#開(kāi)關(guān)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，備自投啟動(dòng)，合上110kV天山線(xiàn)151#開(kāi)關(guān)。當(dāng)時(shí)天氣惡劣，23日至24日事故時(shí)，宜賓地區(qū)已下了一天一夜的幾十年不遇的大雪了。

經(jīng)工作人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，152#開(kāi)關(guān)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。查看保護(hù)定值單，110kV城山線(xiàn)按地調(diào)（宜賓調(diào)度指揮中心）要求投入線(xiàn)路重合閘，時(shí)間整定為1s，備自投時(shí)間整定為5s。錄波完整定值核對(duì)無(wú)誤。（本周南自工作人員正在處理分公司微機(jī)保護(hù)故障，工作未完）分公司當(dāng)班調(diào)度與地調(diào)核對(duì)、了解情況得知：地調(diào)微機(jī)保護(hù)顯示：110kV城山線(xiàn)c相接地，故障電流418.9A，故障測(cè)距11.33km。110kV城山線(xiàn)161#開(kāi)關(guān)線(xiàn)路差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘，重合閘未成功。要求我方（江南分公司）對(duì)110kV城山線(xiàn)巡線(xiàn)。維安部工作人員凌晨巡線(xiàn)發(fā)現(xiàn)9#鐵塔C相因雪災(zāi)將樹(shù)枝壓在了線(xiàn)路上。如圖2.

2.2.1 故障分析

管理人員調(diào)出2#主變高壓側(cè)故障錄波進(jìn)行分析，從2#主變高壓側(cè)電壓值及波形圖可以看出城山線(xiàn)C相接地。如表1電壓電流值。

2#主變高壓側(cè)故障錄波圖見(jiàn)圖3所示。

圖中，ua、ub、uc表示三相電壓波形，uo表示零序電壓波形

也可以從圖4的故障電流圖綜合分析

由表1數(shù)據(jù)和波形圖看出，故障前2#主變高壓側(cè)三相電壓對(duì)稱(chēng)，無(wú)零序電壓，間隙沒(méi)有零序電流。某時(shí)刻C相電壓降低，有10.3v的殘壓，而A、B相電壓基本不變，且110kV∥母電壓互感器開(kāi)口三角形電壓為100.4v，則C相單相接地。

2.2.2 保護(hù)定值分析

110kV線(xiàn)路發(fā)生單相接地時(shí)，當(dāng)主變中性點(diǎn)間隙零序電流滿(mǎn)足主變高后備保護(hù)動(dòng)作整定值時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)，0.5s（定值單查）出口跳主變高壓側(cè)152#開(kāi)關(guān)。故障錄波，故障測(cè)距啟動(dòng)。

3 110KV主變中性點(diǎn)間隙擊穿分析

當(dāng)110kV輸電線(xiàn)路一相接地時(shí)，由于主變間隙產(chǎn)生瞬間零序過(guò)電壓導(dǎo)致間隙擊穿放電，距離、差動(dòng)保護(hù)，零序I段保護(hù)啟動(dòng)。但是，由于線(xiàn)路波阻抗的作用，降低了中性點(diǎn)過(guò)電壓幅值，電壓不足以使避雷器動(dòng)作，以降低中性點(diǎn)過(guò)電壓，可以靠間隙擊穿來(lái)泄流，保護(hù)主變中性點(diǎn)絕緣不受損害。同時(shí)也驗(yàn)證了主變中性點(diǎn)避雷器與棒、間隙的配合有效，參數(shù)設(shè)置合理。

間隙保護(hù)——由間隙零序過(guò)電壓和零序過(guò)電流保護(hù)組成，110kV系統(tǒng)間隙零序過(guò)電壓整定為180v，動(dòng)作行為跳主變兩側(cè)開(kāi)關(guān)。110kV系統(tǒng)整定為1.2～5s，主要考慮與線(xiàn)路后備保護(hù)及自動(dòng)重合閘相配合。線(xiàn)路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，線(xiàn)路保護(hù)可以先于主變間隙保護(hù)動(dòng)作而切除故障，線(xiàn)路重合閘成功后可以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。

當(dāng)110kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，有效接地系統(tǒng)中的不接地變壓器中性點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電壓最大值可用如下公式計(jì)算。

式中：Uosm——穩(wěn)態(tài)電壓

K——系統(tǒng)零序綜合阻抗與正序綜合阻抗之比（k≤3）

UΦm——系統(tǒng)最高運(yùn)行相電壓

根據(jù)110kV系統(tǒng)主變規(guī)程要求，110kV側(cè)主變中性點(diǎn)間隙距離為11cm-13.5cm，查閱山會(huì)變電站安裝資料顯示：2#主變110kV中性點(diǎn)間隙值為12.4cm，工頻放電電壓為49-58kv，單相接地時(shí)，中性點(diǎn)不應(yīng)擊穿，此次事故保護(hù)靈敏，快速，設(shè)置合理。

4 建議與措施

通過(guò)這次事故分析，為避免今后發(fā)生故障，確保江南供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，建議：

（1）定期效驗(yàn)保護(hù)定值，定期做事故預(yù)防性實(shí)驗(yàn)和事故預(yù)案。

（2）對(duì)主變的日常維護(hù)中，加強(qiáng)對(duì)主變中性點(diǎn)間隙的清理維護(hù)。

5 結(jié)論

當(dāng)110kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，由于主變間隙放電導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中零序電流分布改變，影響到零序保護(hù)的可靠性?？梢詫⒘阈螂妷罕Ｗo(hù)作為防止 主變中性點(diǎn)絕緣破壞的主保護(hù)，以較短時(shí)間快速隔離系統(tǒng)接地故障，還應(yīng)設(shè)置零序過(guò)電壓保護(hù)作為變壓器繞組引出線(xiàn)或相鄰元件接地故障的后備保護(hù)。

一般因?yàn)?10kV變壓器零序電壓對(duì)中性點(diǎn)起到保護(hù)作用，因此3U0定值較多情況設(shè)定為150-180v中，保護(hù)任務(wù)完成后有0.3-0.5s延時(shí)跳主變各側(cè)斷路器。

另外，水平間隙還應(yīng)滿(mǎn)足：

（1）因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時(shí)，間隙可靠動(dòng)作。

（2）系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地時(shí)，間隙不應(yīng)動(dòng)作。

（3）避雷器的殘壓低于變壓器中性點(diǎn)沖擊耐壓水平的85%。

（4）系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，間隙應(yīng)可靠動(dòng)作放電。

【參考文獻(xiàn)】

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