主变压器间隙保护与系统零序保护失配问题的解决对策分析

【摘 要】主变压器的间隙保护与系统零序保护工作，是变压器在运行的过程中出现故障时，自行运作的保护动作，但是其在遇到事故时，很可能由于间隙保护与系统零序保护之间的失配，造成停电事故。文章通过具体的事故实例，得知引发这起事故的原因是由于主变压器间隙保护与系统零序保护失配导致的，然后提出了变压器中性接地运行，退出间隙保护，投入零序保护的方法，通过检验，证明了该方法的有效性。

【关键词】主变压器；间隙保护与系统零序保护失配；解决对策

变压器设备在运行的时候，很可能会出现中性点接地或者中性点绝缘损坏等故障，这些故障严重的影响了供电的安全性与可靠性。

1 事件概述

2013年5月15日，某110kV变电站的110kV线路遭受雷击后发生接地故障，其线路主变压器的保护采用双重化配置（即间隙保护与系统零序保护），工频变化量阻抗保护RCS931A纵联差动保护、阻抗保护1段动作，CSC-101阻抗保护、纵联差动保护2段动作，同时，该变电站主变压器变110kV侧间隙零序保护时限动作，并且零序保护1段保护0.5s后与断路器重合成功，同时该主变压器中性点间隙保护0.5s后与两侧断路器重合成功，造成全站停电。

2 事故原因分析

变电站的保护工作通常是由间隙保护与系统零序保护两种协作、配合完成的。但是事故发生导致全站停电的原因，这主要是因为变电站遭受雷击后，电压和电流突然升高，并且超过了变电站能够承受的范围，导致变电站的主变压器的间隙被击穿，而间隙保护动作也是在0.5s后才跳至主变压器的三册开关，引起故障跳闸，但是经过1s后，开关重新重合，导致变电站全站失压，最终导致大面积的停电。通过对整个过程进行分析，能够看出，由于该变电站中采用常规的整定设计规程，间隙电流保护动作取值为110A，0.5s，并且与上一级线路零序电流保护整定时间相同，这样就导致在变电站发生接地故障或者其他短路时，变压器间隙电流保护动作的时间低于上一级线路后备保护动作的时间，这种猪变压器间隙保护与系统零序保护失配问题，引起误动，其最终的结果是延长了停电时间，造成大面积的停电，严重的影响供电的安全性与可靠性。

3 解决对策

3.1 解决方案

针对110kV主变压器间隙保护与系统零序保护失配这一问题，通过分析，其解决的方案为：根据地区的不同，增加当地电网110kV系统中局部地区的变压器的接地点，例如为了降低110kV系统发生单相接地事故中的零序电压，可以适当的降低K=X1/X1。此外，增加110kV中性接地变压器的零序保护投入，将地区110kV变压器的暂态过压与中心点稳态电压分别控制在58kV与38kV之下，这样能够有效的降低变压器中性点绝缘的工频耐受电压，退出间隙保护。

3.2 解决方案分析

3.2.1 主变压器系统零序保护定值

当解决方案制定完成后，应该严格的按照已经的运行方式，对主110kV变压器进行系统零序保护装置进行调整，根据《继电保护和安装自动化装置技术规程》以及《3kV-110kV电网继电保护装置运行整定规程》中的整定原则与配置原则，再根据该110kV变压器的保护功能，根据科学的计算方法，准确的计算出该110kV系统零序保护定值。当雷击事故发生后，由于主变压器通常处于最小零序电流状态，其零序保护动作电流I的整定计算原则为：与该110kV线路零序保护末端的零序保护段进行配合，然后在保证110kV母线灵敏度大于1.6的同时，保证零序保护动作的时间大于线路零序段的动作时间t。

3.2.2 主变压器系统零序保护影响

（1）系统零序保护灵敏度分析。添加接地点，当系统发生接地事故时，对系统内零序保护的灵敏度造成影响，单相接地湿度发生后的电流分布对零序保护灵敏度的影响分析如下：灵敏度（KL）=线路接地故障中的最小零序电流/零序保护动作电流，通过检测该1段保护动作电流为1438A，零序1段保护灵敏度KL=1.47；该2段保护动作电流为838A，零序2段保护灵敏度KL=2.69，通过分析比较零序保护的灵敏度，能够确定110kV系统中增加的接地点分流后，该主变压器的系统零序保护的灵敏度能够满足《3kV-110kV电网继电保护装置运行整定规程》中，零序保护灵敏度大于1.6的要求。此外，该变电站的110kV系统阻抗较小，并且经过对两段保护系统灵敏度的检验具有代表性，证明该方案中增加接地点的方案是有效的。

（2）系统零序电流分布状况对线路零序保护的影响。添加接地点，当系统发生接地事故后，能引起系统零序保护系统中电流分布的变化，这对系统零序保护的可靠性与选择性造成很大的影响。该解决方案能够防止反向接地事故中零序保护的误动作，能够实现保护装置运行方式中的1段零序保护与2段零序保护的同步保护，因此该方案中增加接地点的方案是有效的。

（3）增大零序电流对零序保护的影响。添加接地点，当系统发生接地事故后，增加零序电流对系统零序保护产生比较大的影响。该解决方案中，采用RCS-941A保护装置，其不仅能够很好的解决零序保护经常出现定值不稳，或者定值与间隙保护不好配合的问题，还能将保护运行方式中的零序控制，即采用接地距离保护代替零序保护，因此该解决方案中增加接地点的方案是有效的。

4 提高间隙保护与系统零序保护动作可靠性的措施

根据变压器间隙保护与零序保护的主要原理与动作过程，以及可能引起误保护动作的原理，总结了机电能够提高变压器间隙保护与系统零序保护动作的可靠性措施，主要包括：其一，由于变压器零序保护需要的零序电流互感器相对较大，因此应该将间隙电流与零序电流进行分开设置，这样能够保证零序保护与间隙保护的可靠性；其二，放电间隙距离的选择也能够影响保护动作的可靠性，因此应该根据变压器的中性点能承受的电压、电流的大小以及绝缘来来的等级，再按照放电间隙类型计算确定放电建立距离，这样既能提高间隙保护的可靠性，又能将减少电流互感器的变比值；其三，在计算放电间隙之前，应该根据影响变压器所在系统的因素，来确定影响变压器中性点、零序阻抗值的大小，通过这种计算，当接地故障发生时，能够准确的确定中性点接地时对变压器造成的伤害程度，如果不出现伤害的问题，则应该根据冲击过电压，确定间隙出现的放电间隙的大小。

5 结束语

目前，我国变压器间隙保护与系统零序保护的整定和配比存在一定的缺陷，很有可能会引起变压器不正常的跳闸，从而引起大范围的停电，影响供电的安全性与可靠性。文章通过具体事例，探析了解决变压器间隙保护与系统零序保护失配的问题，并提出了几点提高间隙保护与零序保住工作可靠性的措施，旨在为我国的供电可靠性贡献自己的一份力量。

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