线路单相接地故障导致主变间隙保护动作分析与探讨

线路单相接地故障导致主变间隙保护动作分析与探讨

张春明刘俊昌

（国网山东省电力公司安丘市供电公司山东潍坊262100）

摘要：有电源并网的110kV变电站，其进线发生单相接地故障时，线路跳闸后，并网电源向故障点倒供故障电流，110kV主变间隙保护动作跳开主变各侧开关，瞬时性故障时线路重合成功、永久性故障故障时线路重合不成进线备自投动作成功后仍不能恢复对用户供电。本文给出了解决方案，以提高用户供电可靠性。

引言

中性点装设接地刀闸和放电间隙的变压器，其中性点可直接通过接地刀闸接地，也可经间隙接地。地区电网110kV变压器中性点多采用间隙接地方式，配置间隙零序过流和零序过压保护作为接地故障的后备保护。而电力系统近年发生多起110kV变电站进线发生单相接地故障时，线路跳闸后，变压器间隙保护动作跳开主变三侧，线路重合成功、进线备自投动作后均无法恢复供电，无法保证供电可靠性。

本文以110kVA变电站为例，分析一起线路单相接地故障导致主变间隙保护动作，保护与重合闸、自动装置无法正确配合，导致全站失电的案例，并提出改进方案。

1事件经过

厂站系统图如图1所示，110kVA变电站通过110kV甲AⅠ线、110kV甲AⅡ线由220kV甲站双电源供电，110kV甲AⅠ线为主供电源，220kV甲站110kV甲AⅠ线111开关重合闸为投入状态，且为检无压重合闸，重合闸动作时间为2S，110kV甲AⅡ线为备用电源，重合闸未投入，一条线路主供，一条线路备用情况下，投入110kV进线备自投装置，检主供进线无压无流、备用线路有压延时3.5S跳开主供进线开关，延时0.3S合备用进线开关。110kVA站两台主变均为内桥接线，#1主变运行，#2主变冷备用，中性点为间隙接地方式，配置间隙零序过流和零序过压保护作为接地故障的后备保护，开口△接线方式的主变间隙零压值160V，时限0.5S，一电源通过A站内35kV线路并入电网。

110kV甲AⅠ线发生永久性A相接地故障，220kV甲站110kV甲AⅠ线111开关跳闸，0.5S后主变间隙保护动作，跳开A站110kV甲AⅠ线111开关、110kV分段100开关、#1主变301开关、#1主变001开关，2S时重合闸动作，重合不成；3.5时110kV进线备自投检主供线路110kV甲AⅠ线无压、无流，备用线路110kV甲AⅡ线有压，110kV进线备自投装置动作，合上A站110kV甲AⅡ线112开关，但主变间隙保护已跳开三侧开关，无法恢复站内设备送电。

2事故分析

110kV甲AⅠ线发生永久性A相接地故障后，接地距离Ⅰ段、零序Ⅰ段0S保护动作跳闸，将故障点与220kV甲站隔离，但由于并网电源仍向站内提供短路电流，而变压器中性点接线方式采用间隙接地，假设A相直接接地，电压向量图如图2所示，其中UA、UB、UC和3U0分别为故障前主变高压侧三相电压和开口△电压，UA’、UB’、UC’和3U0’为故障后主变高压侧三相电压和开口△电压。故障前：UA=100，UB=100，UC=100，3U0=UA+UB+UC=0；故障后：UA’=0，UB’=100，UC’=100，3U0’=UA+UB+UC=300，>160，满足主变间隙保护动作条件。

主变间隙保护时限0.5S<重合闸时限2S<进线备自投时限3.5S，故满足条件情况下，动作顺序为：主变间隙保护、重合闸和进线备自投。主变间隙保护逻辑框图如图3所示，满足间隙零压或零流都能使间隙保护动作，跳开主变三侧开关，

110kVA站为内桥接线方式，#1主变间隙保护动作时跳开110kV甲AⅠ线111开关、110kV分段100开关、#1主变10kV侧001开关和#1主变35kV侧301开关。

2S时220kV甲站110kV甲AⅠ线111开关重合闸检本线路无压无流，动作重合于故障，加速跳开220kV甲站110kV甲AⅠ线111开关。即使为瞬时性故障，在进线开关和桥开关被跳开的情况下，重合成功也无法恢复站内设备送电。3.5时进线备自投检主供进线110kV甲AⅠ线无压无流、备用线路110kV甲AⅡ线有压，110kV进线备自投动作断开主供进线110kV甲AⅠ线111开关（本案例主供进线开关已被主变间隙保护跳开），0.3S后合上备用进线110kV甲AⅡ线112开关。但是110kV分段100开关已被主变间隙保护跳开，仍然无法恢复站内设备送电。

3改进措施

针对有电源并网的110kV变电站，其进线发生单相接地故障时，线路重合成功或进线备自投动作成功后仍不能恢复对用户供电的情况，可以改变变电站中性点接地方式或者通过保护整定与配合来提高供电可靠性。改变变电站中性点接地方式会改变系统的零序网络，原有的和零序有关的保护需要重新整定、配合，工作量大，若有遗漏，容易出现保护误动。本文从保护整定与配合方面给出改进方案。规程建议有小电源并网的分级绝缘变压器中性点应直接接地，但随着并网小电源的发展，变压器中性点接地方式的增多，电网的零序网络日益复杂，给保护的整定配合及运行操作带来很大困难，考虑根据规程规定增设中性点不接地时的放电间隙保护，并配置可靠联切小电源的保护及回路，防止对变压器绝缘的损坏并尽量保持全网零序网络的稳定。

3.1加装反方向进线保护联切小电源保护

首先规定进线开关电流方向，正常运行时电流方向为由线路流向母线，规定其为“+”，故障时，故障电流由母线流向线路，规定为“-”。当电流方向为“-”，且电流大于整定值时，进线保护启动但不出口本开关，而是延时出口联切小电源。其保护逻辑框图如图4所示。

反方向进线保护设置光纤纵差保护，接地距离I、II、III段，相间距离I、II、III段，零序I、II、III、IV段。动其保护动作联切小电源保护。主变间隙保护0.2s跳并网联络线，0.5S跳主变三侧。线路一旦发生故障，反方向进线保护动作跳开并网联络线。间隙保护0.2s跳开主变联络线。满足备投动作条件，备投成功，负荷没有损失。

3.2加装进线备自投联切小电源保护

备投联切小火电，备投接线复杂，如果有多条并网联络线，有其中一条并网联络线联切不成功，备投不成功。

4结语

本文以110kVA站为例分析进线故障主变间隙保护动作导致无法恢复供电的事故经过和保护逻辑，指出现存问题，并给出了加装反方向进线保护联切小电源保护、加装进线备自投联切小电源保护等方案，解决110kV线路发生单相接地故障时与主变间隙保护不配合的问题，以提高供电可靠性。

参考文献：

[1]曹亚旭，邵鹏，景中炤，等.变压器中性点运行方式分析［J］.电力系统保护与控制，2010，38（5）：115-118.