110KV变电站主变中性点间隙配置研究

陈刚

【摘 要】介绍了江南110kv电网运行方式，根据江南一起110kv系统接地故障，分析了系统单相接地对系统保护的影响;对线路故障和主变保护动作原因进行了分析，提出了与零序保护相关的主变中性点间隙的配置及保护意见共同探讨。以提高供电连续、可靠性。

【关键词】接地故障;间隙放电;零序保护

中圖分类号： TM63 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）12-0035-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.12.016

0 前言

江南电网承载着山会及来复的生产、生活用电，电网的稳定运行直接关系到江南片区的稳定供能及各单位生产的稳定性。江南110KV系统一期为城山线单电源供电，二期增加一条110kV天山线供电;两条线路互为备用。主变编号为1#主变、2#主变，主变中性点按照宜宾电业局调度中心（地调）运行方式管理，两台主变中性点不接地运行。10kV电网为中性点不接地电网，电网的负载全部为电缆馈出。

在我国电力系统中，110KV系统属于有效接地系统，110KV变电站的主变大多采用分级绝缘且部分接地。当系统发生接地短路等不对称故障时，不接地主变中性点可能出现较高的稳态或暂态过电压，可能造成中性点保护间隙的击穿及相关保护的误动作。而单相接地故障是110KV输电网最为常见的故障类型，单相接地后引起系统零序电压升高而导致保护失去选择性，则需加强对系统零序网络的研究。

1 110KV主变间隙放电原理及作用

江南110KV主变为1#主变、2#主变。主变间隙放电的机理复杂，受到间隙距离、气象条件、间隙棒头现状及放电电压的离散性影响。往往以零序电压的稳态值作为计算依据。

1.1 间隙保护原理

利用空气在高电压下会被电离击穿现象，将两个金属针尖中间隔着空气间隙安装，其中一个金属针尖接地，一个接保护设备。当针尖之间空气被事故过电压击穿电离，导致放电电流流过，从而将过电压降低，空气间隙绝缘恢复，放电被截止，对主变进行保护。

间隙保护的优点是结构简单、可靠，维护量小;缺点是工频续流大，灭弧力差。

1.2 主变间隙作用

当110KV线路遭受雷击，雷电波从线路侵入110KV变电站到达中性点，产生特高雷电压，而避雷器没有达到动作条件，靠间隙击穿来保护变压器中性点绝缘。

当110KV系统发生接地故障时，主变间隙放电可能导致系统零序网络发生变化，由于系统保护定值的计算均建立在正常的零序网络基础上，则零序网络的变化造成了保护定值的不确定性，这需要主变间隙保护定值与线路保护相结合。

对于单回线路运行带末端主变供电网络的中性点可经间隙接地。

2 江南110KV城山线单相接地故障分析

2.1 故障前系统运行方式

山会变电站由110kV天山线、城山线分列运行，110kV天山线空载运行，110kV城山线带江南片区负荷运行，两线路互为备用。两侧均设三段式距离保护，主变差动保护，零序保护，线路重合闸，备自投投入运行。正常运行图如图1。

110kV分段100#开关运行，1#主变、2#主变中性点按照宜宾电业局调度中心（地调）运行方式管理，两台主变中性点不接地运行。

2.2 故障过程及分析

2016年1月24日零时左右，山会变电站值班员报：110kV城山线失电，152#开关差动保护动作跳闸，备自投启动，合上110kV天山线151#开关。当时天气恶劣，23日至24日事故时，宜宾地区已下了一天一夜的几十年不遇的大雪了。

经工作人员现场检查，152#开关差动保护动作跳闸。查看保护定值单，110kV城山线按地调（宜宾调度指挥中心）要求投入线路重合闸，时间整定为1s，备自投时间整定为5s。录波完整定值核对无误。（本周南自工作人员正在处理分公司微机保护故障，工作未完）分公司当班调度与地调核对、了解情况得知：地调微机保护显示：110kV城山线c相接地，故障电流418.9A，故障测距11.33km。110kV城山线161#开关线路差动保护动作跳闸，重合闸未成功。要求我方（江南分公司）对110kV城山线巡线。维安部工作人员凌晨巡线发现9#铁塔C相因雪灾将树枝压在了线路上。如图2.

2.2.1 故障分析

管理人员调出2#主变高压侧故障录波进行分析，从2#主变高压侧电压值及波形图可以看出城山线C相接地。如表1电压电流值。

2#主变高压侧故障录波图见图3所示。

图中，ua、ub、uc表示三相电压波形，uo表示零序电压波形

也可以从图4的故障电流图综合分析

由表1数据和波形图看出，故障前2#主变高压侧三相电压对称，无零序电压，间隙没有零序电流。某时刻C相电压降低，有10.3v的残压，而A、B相电压基本不变，且110kV∥母电压互感器开口三角形电压为100.4v，则C相单相接地。

2.2.2 保护定值分析

110kV线路发生单相接地时，当主变中性点间隙零序电流满足主变高后备保护动作整定值时，保护启动，0.5s（定值单查）出口跳主变高压侧152#开关。故障录波，故障测距启动。

3 110KV主变中性点间隙击穿分析

当110kV输电线路一相接地时，由于主变间隙产生瞬间零序过电压导致间隙击穿放电，距离、差动保护，零序I段保护启动。但是，由于线路波阻抗的作用，降低了中性点过电压幅值，电压不足以使避雷器动作，以降低中性点过电压，可以靠间隙击穿来泄流，保护主变中性点绝缘不受损害。同时也验证了主变中性点避雷器与棒、间隙的配合有效，参数设置合理。

间隙保护——由间隙零序过电压和零序过电流保护组成，110kV系统间隙零序过电压整定为180v，动作行为跳主变两侧开关。110kV系統整定为1.2～5s，主要考虑与线路后备保护及自动重合闸相配合。线路发生瞬时性故障时，线路保护可以先于主变间隙保护动作而切除故障，线路重合闸成功后可以保证系统正常运行。

当110kV系统发生单相接地时，有效接地系统中的不接地变压器中性点的稳态电压最大值可用如下公式计算。

式中：Uosm——稳态电压

K——系统零序综合阻抗与正序综合阻抗之比（k≤3）

UΦm——系统最高运行相电压

根据110kV系统主变规程要求，110kV侧主变中性点间隙距离为11cm-13.5cm，查阅山会变电站安装资料显示：2#主变110kV中性点间隙值为12.4cm，工频放电电压为49-58kv，单相接地时，中性点不应击穿，此次事故保护灵敏，快速，设置合理。

4 建议与措施

通过这次事故分析，为避免今后发生故障，确保江南供电系统稳定运行，建议：

（1）定期效验保护定值，定期做事故预防性实验和事故预案。

（2）对主变的日常维护中，加强对主变中性点间隙的清理维护。

5 结论

当110kV系统发生接地故障时，由于主变间隙放电导致网络中零序电流分布改变，影响到零序保护的可靠性。可以将零序电压保护作为防止 主变中性点绝缘破坏的主保护，以较短时间快速隔离系统接地故障，还应设置零序过电压保护作为变压器绕组引出线或相邻元件接地故障的后备保护。

一般因为110kV变压器零序电压对中性点起到保护作用，因此3U0定值较多情况设定为150-180v中，保护任务完成后有0.3-0.5s延时跳主变各侧断路器。

另外，水平间隙还应满足：

（1）因接地故障形成局部不接地系统时，间隙可靠动作。

（2）系统以有效接地方式运行发生单相接地时，间隙不应动作。

（3）避雷器的残压低于变压器中性点冲击耐压水平的85%。

（4）系统发生单相接地故障时，间隙应可靠动作放电。

【参考文献】

[1]马辉，郭小龙.110kV单相接地致主变中性点击穿原因[J].高电压技术，2001：61-62.

[2]JB/T5894-91，交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则[S].