110kV變電站電力變壓器零序保護存在的問題分析
在分析電力變壓器零序保護配置的基礎上，對110 kV變壓器中性點過電壓問題、接地方式的控制以及電網110 kV變壓器零序保護設計存在的安全隱患等進行了初步探討，提出拆除部分中性點棒間隙，改善變壓器零序保護配合的措施。
1 變壓器的零序保護配置
變壓器中性點零序過電流動作時先跳開中性點不接地變壓器的保護方式，稱為零序互跳。2臺主變并列運行，1號主變中性點接地，當K2點發生接地故障時，1號主變中性點零序過流保護動作，第一時限跳2號主變高低壓側開關，K2故障點被隔離，1號主變恢復正常運行。如果故障點在K1處，當第一時限跳開2號主變后，零序過流保護第二時限跳本變壓器，切除故障。零序互跳保護顯而易見的缺點是：①有選擇性切除故障的概率只有50%;②母線故障時沒有選擇性，會擴大停電范圍;③零序過流保護時間整定必須和主變相間保護配合，對保護整定配合不利;④必須在2臺變壓器同時停運時才能進行互跳試驗，條件苛刻，二次接線容易錯誤。
2 統接線與保護配置特點
110 kV系統接線特點是以放射狀為主，以220 kV變電站為電源點，通過110 kV線路向各終端變電站輻射。110kV終端變電站則采用內橋接線或線路-變壓器組接線方式，低壓側無電源。
內橋接線變電站，在正常運行方式下，100母分開關不作為103和104線路的聯絡元件。因此，內橋接線變電站通常只有兩種運行方式：1條線路帶2臺主變運行或2條線路各帶1臺變壓器運行。在1線帶2變運行方式下，2臺主變只要有1臺中性點接地即可，但必須由靠110kV供電線路側的變壓器中性點接地運行，這一點很重要。內橋接線變電站目前的變壓器零序保護配置為：中性點零序電流保護第一時限跳100和900母分;第二時限跳本變壓器;同時，變壓器中性點裝設棒間隙，但沒有配置間隙TA以及開三角電壓保護。
為了節省投資、占地，節約110kV線路空中走廊等原因，新建設的110kV變電站較多采用線路-變壓器組接線，而且1條線路可“T”接2臺甚至3臺變壓器，變壓器零序保護僅有中性點零序過電流保護，沒有配置中性點間隙電流保護以及110kV TV開三角零序電壓保護(主變110kV側只有單相線路TV)。由于零序保護配置不夠完整，在多臺“T”接的線路-變壓器組接線中，各變壓器中性點仍全部接地運行。但是，變壓器中性點全部接地運行對系統具有一定的負面影響。
2.1 在部分線路或變壓器檢修、停運以及系統運行方式變化時，零序網絡及零序阻抗值發生較大的變化，各支路零序電流大小及分布也會產生較大的變化。從保護整定配合出發，則要求保持變電站零序阻抗基本不變。
2.2 在變壓器投入運行或線路重合閘過程中，有時會使在同一線路上運行的中性點接地變壓器產生由勵磁涌流引起的，幅值較大而且衰減較慢，并帶有較大直流分量的零序電流。較容易造成送電不成功或重合閘不成功。
2.3 變壓器中性點全部接地，使系統零序阻抗大幅度降低，由此造成不對稱接地故障短路電流明顯增大。因為雷擊、不對稱接地故障干擾二次設備，造成保護裝置誤動以及損壞通信設備的事故仍時有發生。因此，有效接地系統中應盡量采用部分變壓器中性點接地方式，以限制單相接地短路電流，降低對通信系統的干擾。
3 變壓器零序保護存在的問題
在有效接地系統中，變壓器中性點對地偏移電壓被限制在一定的水平，中性點間隙保護不會產生作用。配置間隙保護的目的，是為了防止非有效接地系統中零序電壓升高對變壓器絕緣造成的危害。只有當系統發生單相接地故障，有關的中性點直接接地變壓器全部跳閘，而帶電源的中性點不接地變壓器仍保留在故障電網中時，放電間隙才放電，以降低對地電壓，避免對變壓器絕緣造成危害。間隙擊穿會產生截波，對變壓器匝間絕緣不利，因此，在單相接地故障引起零序電壓升高時，我們更希望由零序過電壓保護完成切除變壓器的任務。相反，間隙電流保護則存在一定程度的偶然性，可能因種種原因使間隙電流保護失去作用，從這個意義講，對于保護變壓器中性點絕緣而言，零序過電壓保護比間隙電流保護更重要，零序過電壓保護通常和間隙電流保護一起共同構成變壓器中性點絕緣保護。所以僅設置間隙電流保護而沒有零序過電壓保護是不夠完善的，特別是當間歇性擊穿時，放電電流無法持續，間隙電流保護將不起作用。
目前已經投運的110kV變電站，大多數只裝設中性點棒間隙而沒有相應的保護，這種配置有弊無利，當電網零序電壓升高到接近額定相電壓時，所有中性點不接地的變壓器均同時感受到零序過電壓。如果沒有采用間隙過流保護的終端變壓器中性點間隙搶先放電，當無法持續放電時，則帶電源的中性點不接地變壓器將無法脫離故障電網。因此，對于低壓側無電源的終端變壓器，如果沒有配置完整的間隙電流保護及零序過電壓保護，應解除中性點棒間隙或人為增大間隙距離，避免間隙搶先放電。
對于內橋接線的變電站，中性點接地變壓器零序電流第一時限跳900和100母分不是最佳的方案。由于在低壓側并列運行時，跳900開關后多損失一段母線，同時中性點不接地變壓器低壓側開關仍運行，在目前沒有零序過電壓保護的情況下，若因10kV轉電等原因存在臨時低壓電源，則不接地變壓器就存在過電壓的危險。因此，在110kV側已裝設。
首先是要確保110kV系統為有效接地系統。防止誤操作是最根本的辦法，保證電源端變壓器110kV側中性點有效接地。如果保護整定許可，可以將電源側2臺并列運行的變壓器中性點同時接地。
帶電變壓器失去接地中性點后可能成為非有效接地系統，因此，對于電源端變壓器或者將來可能帶電源的變壓器，在設計階段就應考慮配置完整的中性點間隙保護，包括中性點零序過電流保護，中性點間隙電流保護以及母線開三角零序電壓保護。
在110kV饋出線路上，不論并接幾臺變壓器，在電源側中性點接地的情況下，各終端變壓器中性點可以不接地運行。在實際運行中，為防止可能出現的不安全因素，可安排其中一臺中性點接地，在選擇接地中性點時，可按以下順序考慮：首先選擇低壓側臨時帶電源的變壓器，其次考慮高壓側沒有斷路器的變壓器，最后選擇離電源端距離最短的變壓器中性點接地即可。
已經投入運行的大部分110kV終端變電站，由于目前尚未配置母線TV開三角零序電壓保護以及中性點間隙電流保護，為避免中性點間隙搶先放電，應將原先裝設的中性點棒間隙拆除或人為增大間隙距離。
今后設計的110kV變電站，高壓側宜考慮采用三相電壓互感器，設置零序過電壓保護和變壓器中性點間隙電流保護。這種配置可以提供靈活的運行方式，適應將來電網結構的變化。
對于內橋接線變電站，主變中性點零序電流保護第一時限應切除另一臺不接地變壓器，避免擴大停電范圍或者可能出現的工頻過電壓。（未完待續）
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1 變壓器的零序保護配置
變壓器中性點零序過電流動作時先跳開中性點不接地變壓器的保護方式，稱為零序互跳。2臺主變并列運行，1號主變中性點接地，當K2點發生接地故障時，1號主變中性點零序過流保護動作，第一時限跳2號主變高低壓側開關，K2故障點被隔離，1號主變恢復正常運行。如果故障點在K1處，當第一時限跳開2號主變后，零序過流保護第二時限跳本變壓器，切除故障。零序互跳保護顯而易見的缺點是：①有選擇性切除故障的概率只有50%;②母線故障時沒有選擇性，會擴大停電范圍;③零序過流保護時間整定必須和主變相間保護配合，對保護整定配合不利;④必須在2臺變壓器同時停運時才能進行互跳試驗，條件苛刻，二次接線容易錯誤。
2 統接線與保護配置特點
110 kV系統接線特點是以放射狀為主，以220 kV變電站為電源點，通過110 kV線路向各終端變電站輻射。110kV終端變電站則采用內橋接線或線路-變壓器組接線方式，低壓側無電源。
內橋接線變電站，在正常運行方式下，100母分開關不作為103和104線路的聯絡元件。因此，內橋接線變電站通常只有兩種運行方式：1條線路帶2臺主變運行或2條線路各帶1臺變壓器運行。在1線帶2變運行方式下，2臺主變只要有1臺中性點接地即可，但必須由靠110kV供電線路側的變壓器中性點接地運行，這一點很重要。內橋接線變電站目前的變壓器零序保護配置為：中性點零序電流保護第一時限跳100和900母分;第二時限跳本變壓器;同時，變壓器中性點裝設棒間隙，但沒有配置間隙TA以及開三角電壓保護。
為了節省投資、占地，節約110kV線路空中走廊等原因，新建設的110kV變電站較多采用線路-變壓器組接線，而且1條線路可“T”接2臺甚至3臺變壓器，變壓器零序保護僅有中性點零序過電流保護，沒有配置中性點間隙電流保護以及110kV TV開三角零序電壓保護(主變110kV側只有單相線路TV)。由于零序保護配置不夠完整，在多臺“T”接的線路-變壓器組接線中，各變壓器中性點仍全部接地運行。但是，變壓器中性點全部接地運行對系統具有一定的負面影響。
2.1 在部分線路或變壓器檢修、停運以及系統運行方式變化時，零序網絡及零序阻抗值發生較大的變化，各支路零序電流大小及分布也會產生較大的變化。從保護整定配合出發，則要求保持變電站零序阻抗基本不變。
2.2 在變壓器投入運行或線路重合閘過程中，有時會使在同一線路上運行的中性點接地變壓器產生由勵磁涌流引起的，幅值較大而且衰減較慢，并帶有較大直流分量的零序電流。較容易造成送電不成功或重合閘不成功。
2.3 變壓器中性點全部接地，使系統零序阻抗大幅度降低，由此造成不對稱接地故障短路電流明顯增大。因為雷擊、不對稱接地故障干擾二次設備，造成保護裝置誤動以及損壞通信設備的事故仍時有發生。因此，有效接地系統中應盡量采用部分變壓器中性點接地方式，以限制單相接地短路電流，降低對通信系統的干擾。
3 變壓器零序保護存在的問題
在有效接地系統中，變壓器中性點對地偏移電壓被限制在一定的水平，中性點間隙保護不會產生作用。配置間隙保護的目的，是為了防止非有效接地系統中零序電壓升高對變壓器絕緣造成的危害。只有當系統發生單相接地故障，有關的中性點直接接地變壓器全部跳閘，而帶電源的中性點不接地變壓器仍保留在故障電網中時，放電間隙才放電，以降低對地電壓，避免對變壓器絕緣造成危害。間隙擊穿會產生截波，對變壓器匝間絕緣不利，因此，在單相接地故障引起零序電壓升高時，我們更希望由零序過電壓保護完成切除變壓器的任務。相反，間隙電流保護則存在一定程度的偶然性，可能因種種原因使間隙電流保護失去作用，從這個意義講，對于保護變壓器中性點絕緣而言，零序過電壓保護比間隙電流保護更重要，零序過電壓保護通常和間隙電流保護一起共同構成變壓器中性點絕緣保護。所以僅設置間隙電流保護而沒有零序過電壓保護是不夠完善的，特別是當間歇性擊穿時，放電電流無法持續，間隙電流保護將不起作用。
目前已經投運的110kV變電站，大多數只裝設中性點棒間隙而沒有相應的保護，這種配置有弊無利，當電網零序電壓升高到接近額定相電壓時，所有中性點不接地的變壓器均同時感受到零序過電壓。如果沒有采用間隙過流保護的終端變壓器中性點間隙搶先放電，當無法持續放電時，則帶電源的中性點不接地變壓器將無法脫離故障電網。因此，對于低壓側無電源的終端變壓器，如果沒有配置完整的間隙電流保護及零序過電壓保護，應解除中性點棒間隙或人為增大間隙距離，避免間隙搶先放電。
對于內橋接線的變電站，中性點接地變壓器零序電流第一時限跳900和100母分不是最佳的方案。由于在低壓側并列運行時，跳900開關后多損失一段母線，同時中性點不接地變壓器低壓側開關仍運行，在目前沒有零序過電壓保護的情況下，若因10kV轉電等原因存在臨時低壓電源，則不接地變壓器就存在過電壓的危險。因此，在110kV側已裝設。
首先是要確保110kV系統為有效接地系統。防止誤操作是最根本的辦法，保證電源端變壓器110kV側中性點有效接地。如果保護整定許可，可以將電源側2臺并列運行的變壓器中性點同時接地。
帶電變壓器失去接地中性點后可能成為非有效接地系統，因此，對于電源端變壓器或者將來可能帶電源的變壓器，在設計階段就應考慮配置完整的中性點間隙保護，包括中性點零序過電流保護，中性點間隙電流保護以及母線開三角零序電壓保護。
在110kV饋出線路上，不論并接幾臺變壓器，在電源側中性點接地的情況下，各終端變壓器中性點可以不接地運行。在實際運行中，為防止可能出現的不安全因素，可安排其中一臺中性點接地，在選擇接地中性點時，可按以下順序考慮：首先選擇低壓側臨時帶電源的變壓器，其次考慮高壓側沒有斷路器的變壓器，最后選擇離電源端距離最短的變壓器中性點接地即可。
已經投入運行的大部分110kV終端變電站，由于目前尚未配置母線TV開三角零序電壓保護以及中性點間隙電流保護，為避免中性點間隙搶先放電，應將原先裝設的中性點棒間隙拆除或人為增大間隙距離。
今后設計的110kV變電站，高壓側宜考慮采用三相電壓互感器，設置零序過電壓保護和變壓器中性點間隙電流保護。這種配置可以提供靈活的運行方式，適應將來電網結構的變化。
對于內橋接線變電站，主變中性點零序電流保護第一時限應切除另一臺不接地變壓器，避免擴大停電范圍或者可能出現的工頻過電壓。（未完待續）
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