王清云 付向涛
（挂治水力发电厂 贵州锦屏 556700）
摘要：针对挂治电厂间隙保护优化方案进行讨论，提升主变间隙保护的选择性，并对主变保护定值设置提出了建议，对主变的安全运行具有一定借鉴意义。
关键词：主变间隙保护；选择性；优化
引言
在220kV系统中，电厂、变电站部分变压器采用中性点不直接接地运行方式，在这种运行方式下，由于雷击、单相接地短路故障等会造成中性点过电压，对中性点的绝缘构成威胁，因此必须引入相关的保护设备防止雷电和工频过电压的危害，以保证中性点的绝缘耐受电压处于与合理水平。
1故障简介
2016年2月1日，挂治电厂 220kV 挂飞线线路保护 A、B 套高频保护动作、距离Ⅰ段保护动作出口跳挂飞线 602 开关 B 相，重合闸重合成功，重合闸动作期间，1 号和 3 号主变中性点间隙击穿，1 号和 3 号主变间隙零序保护动作。高压侧间隙零序电流超过主变间隙零序保护定值（2A），主变 A、B 套保护装置高压侧间隙零序保护同时动作（4.71A 和 4.7A），延时 0.5s 后正常动作切除 1号和 3 号主变。220kV 母线电压Uab 线电压降至 210.931kV，Ubc 线电压升至 239.27kV。线路保护装置所录数据显示 B 相瞬时电压升至215.424kV，主变保护录波数据显示 1 号和 3 号主变中性点出现零序过电压达 77.19kV。
2事件分析及解决方案
挂飞线 B 相发生瞬时性故障导致主变中性点出现零序过电压，而变压器中性点零序保护动作时间定值为 0.5s，整定时间较短，无法与线路保护相配合，线路保护切除故障的过程时隙零序保护先动作切除了主变。
为解决间隙保护误动作问题，提出了三个方案进行讨论。第一：调整主变间隙距离；第二：使主变中性点多点接地；第三：调整线路保护动作时间，躲过重合闸动作过程。
3解决方案浅析
3.1挂治电厂计算参数
依据电厂已有参数，计算得到了变压器不同运行方式下的电抗值。
运行方式一台接地（零序/正序）两台接地（零序/正序）
最
标准 DL/T 559-2007 《220kV~750kV 电网继电保护装置运行整定规程》中“7.2.14.7”条款规定：中性点经放电间隙接地的 220kV 变压器的零序电压保护，其 3U0 定值（3U0 额定值为 300V）一般可整定为 180V 和 0.5s。为防止间隙不能击穿及继电保护先于间隙动作切除变压器，此两条规定明确了间隙设定的最大距离。
系统从有效接地系统向不接地系统运行方式过渡时，此时系统的临界 X0/X1=3，则单相接地时中性点电压稳态值为 0.6Un（76kV），继电保护值恰为此值，此值可为过电压的基准值。考虑系统暂态过程影响，中性点电位暂态值可达 1.5~1.8 倍的基准值，即中性点电压可达（0.9~1.08）Un（114~137kV），即变压器失地时，中性点的间隙应击穿，击穿电压为 114~137kV。而一般情况下114kV 和 125kV电压工频击穿分别为间隙280mm 和 310mm，为了使间隙可靠动作及防止零序电压继电保护先于间隙动作。间隙距离选择 280mm 更为合理，所以现整定的间隙距离满足要求。
3.3改变主变运行方式
一台接地方式下，故障前挂治电厂母线电压取正常运行相电压为127.02kV，因此故障时该电厂在大方式下变压器中性点稳态电压值为62.80kV，小方式下为 61.43kV。主变压器中性点最大暂态电压可以到 1.6～1.8 倍稳态零序电压。电厂主变绕组为连续绕组，按1.8U0 取值，故最小和最大方式下变压器中性点最大电压值为 110.57kV～113.04kV。考虑到电极影响该值可能会更大，而间隙距离为 280-300mm 时，其工频击穿电压约为 114-121.2kV。
两台接地方式下，取故障前电厂母线电压取正常运行相电压为 127.02kV，故障时该电厂在大方式下变压器中性点稳态电压值为 61.84kV，小方式下为 60.6kV。此时最小和最大方式下变压器中性点最大电压值为 109.08kV～111.31kV。较一台变压器接地，两台不接地方式下的稳态电压和暂态电压分别下降 1.5%、1.3%（稳态）、1.5%、1.3%（暂态）。两台主变接地运行和一台主变接地运行时变压器中性点暂态、稳态过电压变化忽略不计。故改变运行方式无意义。
3.4优化间隙零序保护
标准 DL/T 684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》中“5.6.3 的 b）的 2）”规定：分级绝缘且中性点装设放电间隙的变压器，还应增设反映零序电压和间隙放电电流的间隙保护，作为变压器中性点经放电间隙接地时的接电保护。用于中性点经放电间隙接地的间隙电流、零序电压保护动作后经一较短延时（躲过暂态过电压时间）断开变压器各侧断路器。间隙零序电压保护延时可取 0.3s~0.5s。间隙零序过流保护延时可取 0.3s~0.5s，可考虑与出线接地后备保护时间配合。仅配置间隙零序电压和间隙零序过流相互保持时，可考虑与出线接地后备保护时间配合。
按照标准，躲过220kV线路重合闸（0.7s）+可靠时间（0.3s）重新整定主变间隙零序保护时间，可以有效防止中性点放电间隙击穿导致主变误跳闸。同时为不影响主变零序过压时保护动作时限，投入主变高压侧零序过压保护，动作值整定为180V，时间整定为0.5s。
为验证优化方案不影响主变安全运行，需对主变进行动、热稳定校验。
3.4.1热稳定校验：
绕组压缩短路公式：
式中：Ik 为绕组的短路电流（A）；N 为绕组匝数；2fd 为非对称短路电流的冲击系数（220kV 容量大于 180MVA 的变压器取 2.69）。因绕组压缩短路力与短路电流的平方成正比。需比较绕组承受的短路电流，就可确定对主变绕组短路冲击的程度。
挂治电厂#1、2、3 主变额定容量 63MVA，高-低绕组短路阻抗 11.7%，高压额定电流 150.3A，低压额定电流 3464.2A，220kV母线三相短路电流为 3750A，发电机纵轴饱和瞬变电抗标幺值为0.2990。挂治电厂一共有三台变压器，其中有一台接地，当保护间隙被击穿，相当于变压器直接接地。三台主变的短路电流基本可认为相等。按照发电机侧与母线侧三相短路两种情况，分别考虑主变高压绕组可能出现的最大短路电流，如下表所示。
短路电流倍数
短路位置发电机侧220kV 母线侧
短路电流（A）933.5360.6
短路电流倍数6.212.40
而通过变压器参数计算可得，考虑的极端情况下变压器短路电流大小为 1284.6A。当中性点间隙被击穿时，变压器高压绕组可能出现的短路电流均小于 1284.6A，因此，根据公式和 GB 1094.5《电力变压器 第5部分：承受短路的能力》规定，变压器的动稳定裕度较充足，满足要求。
3.4.2动稳定校验
绕组短路后的平均温度公式：
式中：为绕组短路时间（）后的平均温度，单位为℃；为绕组的起始平均温度，单位℃；为绕组的短路电流密度，单位；为短路持续时间。挂治电厂主变高压绕组额定电流下的电流密度取，假定绕组起始温度为℃，取最大短路电流，计算绕组温升，如下表所示。
部位发电机侧母线侧
短路电流（A）933.5360.6
短路电流倍数6.212.40
2s 绕组温升（℃）109.48105.67
5s 绕组温升（℃）116.32126.67
计算表明，绕组平均温度远小于标准规定值 250℃。热稳定性裕度较大，满足要求。
4结束语
通过对三种主变间隙保护优化方案的分析可知，采用调整间隙保护动作延时间能有效的避免主变的误跳闸，减少对主变冲击，有利于提高电厂设备的安全稳定运行。
参考文献：
[1]GB 1094.5-2008，电力变压器 第5部分：承受短路的能力[S].北京：中国标准出版社2008
[2]DL/T 684-2012，大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].北京：中国电力出版社2012
[3]DL/T 559-2007，220kV~750kV 电网继电保护装置运行整定规程[S].北京：中国电力出版社2007
[4]吴德明，一起220kV主变中性点间隙保护动作探讨[J].科研，2016，20160906：115-116
作者简介：
王清云（1989—），男，助理工程师，从事水电厂继电保护工作。
付向涛（1990—），男，助理工程师，从事水电厂水电自动装置检修工作。
论文作者:王清云,付向涛
论文发表刊物:《河南电力》2018年20期
论文发表时间:2019/4/29
标签：间隙论文; 绕组论文; 电压论文; 变压器论文; 电流论文; 过电压论文; 电厂论文; 《河南电力》2018年20期论文;