变压器零序保护和间隙保护的配合

作者：罗平

来源：《科技创新与应用》2016年第09期

        摘 要：多台变压器并列运行时只允许一台变压器中性点直接接地。当发生接地故障时，中性点直接接地的变压器零序电流保护首先动作，若故障仍未切除，再由零序过压保护进行切除。故单从零序保护选择性判断保护选择性不高。现结合我公司关于主变保护的整改计划，对多台变压器并列运行时发生接地故障时的动作逻辑进行叙述。

        关键词：选择性；列运行；零序保护；间隙保护

        2013年6月8日接到广州中调下发流溪河电厂涉网安全检查后整改计划，其中针对主变保护提出加装间隙CT以完善间隙零序过流回路，健全主变不接地保护。现结合我厂两台主变并列运行的运行工况对并列运行变压器接地故障的正确切除进行分析。

        1 保护原理

        当中性点直接接地系统中发生接地短路时，将出现很大的零序电流，利用零序电流来构成接地短路的保护，具有显著的优点，被广泛应用在110kV及以上电压等级的电网中。而当中性点不直接接地时，若发生单相接地时，其他两相的对地电压要升高倍，对绝缘水平不高的设备构成安全威胁，因此为了防止故障进一步扩大造成两点或多点接地短路时，应由间隙保护及时反应。

        2 我厂主变零序与间隙保护现状介绍

        流溪河发电公司升压站主接线为单母线运行，无母线联络开关（如图1所示）。

        两台主变压器并列运行，正常运行工况下一台主变中性点直接接地，另外一台主变中性点不接地。两台主变后备保护装置均配有接地保护（即零序过流保护）和不接地保护（即间隙保护），中性点接地的主变投入零序过流保护，中性点不接地主变投间隙保护。当发生接地时由于电厂系统内存在一中性点接地，故零序过压不会突变过高而达到整定值，此时故障由中性点接地主变的零序过流保护功能跳开本侧开关。若故障未被消除，此时运行中的变压器中性点不接地，而使非故障相相电压升至倍，主变绝缘将承受倍电压冲击考验。而此时由于整个电厂运行小系统中无中性点接地，故由间隙保护进行保护，切除故障点。

        现阶段主变保护装置存在以下三点弊端：两台主变保护装置在故障发生时零序过流保护无选择性，正确率为50%。

        切除中性点接地的主变后，若故障仍存在则中性点不接地主变绝缘承受倍电压冲击考验，对主变安全运行构成威胁。

        由于我公司主变无间隙CT，保护装置无法采取到间隙上的零序电流。当达到间隙放电电压时，间隙放电。此时间隙过压与间隙过流交替存在，若两现象交替时间周期小于间隙过压保护动作延时时间，则单投间隙过压保护并不能使保护正确动作，此间隙保护功能不健全。因此必须增加间隙零序电流量，投入间隙过压过流保护功能。

        3 变压器并列运行的保护逻辑

        多台变压器并列运行存在两种接线方式，一种为母线装设联络开关，另一种为母线不装设联络开关。

        （1）若母线上不装设联络开关，如图1所示。当发生接地时故障先由中性点接地主变的零序过流保护功能跳开本侧开关。若故障未被消除，此时运行中的变压器中性点不接地，故障便由此主变的间隙保护切除故障点。此保护逻辑并无准确选择故障线路的功能，切除故障正确率是50%。（2）若母线上不装设联络开关，如图1所示。当发生接地故障时还有一种保护动作情况为由中性点接地主变的零序过流保护功能第一时限跳开并列变压器的高压开关，称为零序互跳。若故障未消除再跳开中性点接地主变。此保护跳闸逻辑很容易扩大停电范围，保护准确性低。（3）若母线上存在联络开关时，如图2所示。当发生接地故障时，中性点接地的主变保护第一时限切开联络开关，此时两台主变相对运行。再由各自所投入的零序过流保护与间隙保护作判据来正确切除故障点，正确切除故障率达100%，避免扩大停电范围，提高了继保的选择性。

        综上所述：若多台变压器并列运行时，发生接地故障，在中性点接地的变压器上反应出较大零序电流电压，由此主变的零序保护将并列运行的变压器分解为单独运行。再由各变压器根据自身中性点的接地方式来选择是由零序保护还是间隙保护正确切除故障点。能有效提高保护的准确性，有效防止扩大停电范围。

        4 针对我厂接线形式的整改方案分析

        方案一：实现零序过流保护跳对侧主变开关功能。

        加装间隙CT投入间隙过压过流保护功能，以健全间隙保护功能。在保护装置跳闸逻辑中实现零序过流保护第一时限跳对侧主变开关后跳本侧主变开关功能。

        优点：当发生接地故障时，先跳开中性点不接地的主变开关，若故障仍存在则跳开本侧主变开关。使得中性点不接地的主变不用承受■倍电压冲击考验，有效保护到主变绝缘。

        缺点：（1）校验主变保护功能时需将两台主变停运，全厂将会失压；（2）需改动保护装置动作逻辑，与设计时不符。增加接线，使逻辑复杂化不利于保护功能的可靠性，存在技术规范风险；（3）此方案无法提高零序过流与间隙保护功能的选择性。

        方案二：在110kV母线上加装联络开关。

        加装间隙CT，引入间隙电流量，投入间隙保护。在110kV母线上加装联络开关（如图2所示）。当发生接地故障时，中性点接地的主变保护第一时间切开联络开关，此时两台主变相对运行。再由各自所投入的零序过流保护与间隙过压过流保护作判据来正确切除故障点。

        优点：保护能正确选择故障线路进行切除，保护存在准确的选择性，不扩大停电范围。

        缺点：切开联络开关后中性点不接地主变绝缘承受倍电压冲击考验，不利于主变安全运行。

        方案三：加装间隙CT投入间隙过压过流保护。

        加装间隙CT，引入间隙电流量，投入间隙保护。发生接地故障时，由中性点接地的主变的零序过流保护跳开本侧主变开关。若故障仍存在，此时中性点不接地主变则承受倍电压冲击考验，由此主变投入的间隙保护跳开本侧主变开关。

        优点：（1）与主变保护装置本身设计逻辑相符合，不增加保护逻辑。（2）两台主变保护装置运行。校验保护功能时无需停运两台主变，利于厂内系统的稳定。

        缺点：不可避免中性点不接地系统时对主变绝缘的倍电压冲击考验，考虑我厂主变运行时限长，此电压冲击危险性高，不利于主变安全运行。

        此方案无法提高零序过流与间隙保护功能的选择性。

        结合以上分析建议采用方案二来完善我公司两台主变对接地故障的保护功能。在110kV母线上加装联络开关，并在跳闸逻辑上设置为零序电流保护先跳开联络开关再由各主变的保护功能正确切除故障点，能有效的提高保护功能的准确性，有效防止扩大停电范围。至于对中性点不接地主变的■倍电压冲击，只要主变性能稳定，一般是可以承受此电压的。故选择方案二能有效完善两台主变的保护功能。

        5 结束语

        两台或多台变压器并列运行时，母线上无联络开关时，若发生接地故障时，零序过流保护和间隙保护配合无法正确切除故障点，有扩大停电范围风险。

        若在母线上增加母联开关，由中性点接地变压器的零序电流保护第一时限切开各母联开关，将变压器解列为单独运行，再由各变压器自身所投的零序过流保护或间隙保护正确切除故障点，能有效的提高接地保护的动作准确性，有效防止扩大停电范围。

        作者简介：罗平（19，10-），男，籍贯：江西南城，学历：本科，单位：广东粤电流溪河发电有限责任公司。