主变间隙零序过压保护拒动原因的分析
通过分析一起110kV电源线路跳闸后，造成系统过电压，接于同一条电压母线上两台主变跳闸迥异的情况，对主变保护装置逻辑程序进行升级，有效的确保了主变在系统过电压的状况下正确跳闸，提高了电网安全稳定运行水平和供电可靠性。
【关键词】变压器 过电压 间隙零序
2013年04月09日14时55分57秒，某110kV变电站110kV线路113连南I线高频保护三跳动作，开关跳闸，经1.5S延时重合闸动作。事故后由调度遥控分闸；14时55分58秒，主变T3间隙零序过压保护动作，跳开主变两侧开关。14时56分01秒，541电容器及551电容器欠压保护动作，开关跳闸。根据现场运行方式，主变T1运行于110kVI母。主变T2、T3运行于110kVII母，主变T3 装置主变间隙零序保护动作，而接于相同母线上的主变T2保护未动作，本文就主变T2间隙零序保护拒动进行分析。
1 故障前运行方式及故障时现场情况
如图1所示。
110kV连南I线断路器113运行，连南II线断路器111运行，100母联断路器热备；主变T1、T2、T3运行，断路器501、502、503、母联断路器500B运行；母联断路器500A热备；110kVI、II母TV运行；10kVI、III母TV运行，10kVII母TV热备。主变T1、T2 、T3中性点均不接地运行；经调查风电场10kV风机电源线路未配备低电压穿越功能；
故障发生后各保护相关状态为：110kV连南I线113线路保护装置（国电南自PSL-622）面板跳闸及重合闸灯均点亮，30ms高频保护三跳出口，1602ms重合闸出口，开关处于合闸位置；主变T3高后备保护装置（许继电气WBH-813H）面板跳闸灯点亮，802ms间隙零序保护t1动作，跳开两侧断路器；而接与同一条110kVII母线主变T2保护装置（许继电气WBH-813A）两侧断路器未跳闸。541电容器、551电容器保护装置（许继电气WDR-821）面板跳闸灯点亮，600ms低电压动作，断路器跳闸。
2 主变间隙零序保护拒动原因分析
2.1 110kV连南I线动作行为分析
110kV连南I线是风电场与电网系统相连的唯一通道，线路发生故障后，当对侧开关跳开，此时变电站失去了与主网系统的联络，连南I线本侧保护装置弱馈元件动作，30ms保护装置发高频三跳出口动作命令，开关跳闸。由于此时线路发生永久性接地故障，对侧在故障时刻1204ms距离后加速永跳出口。这样变电站侧成为弱电源系统，不能向故障点提供故障电流，当本侧开关跳开后，113连南I线三相Ia、Ib、Ic均无电流，本侧保护装置处于重合闸逻辑，1610ms保护装置发出重合闸出口命令（重合闸时间定值为1.5S），开关于1699ms合闸。事故后连南I线113断路器由调控遥控分闸。
2.2 110kV母线故障电压产生原因分析
从理论上讲，当高压侧连南I线113断路器跳闸后，就会造成110kV母线失压，但是对专用故障录波器故障录波进行数据分析，发现从故障时刻0ms至4467ms时刻，110kVII母母线电压Ua、Ub、Uc、3U0一直存在。出现这种现象究竟是10kV风机电源线路还是电容器造成的，带着这种疑惑下面将进一步分析。
2.2.1 电容器跳闸行为分析
2013年04月09日14时56分01秒，541电容器及551电容器欠压保护动作，开关跳闸，如图2。
观察电容器故障波形，可以发现当电容器断路器跳开后，10kV母线电压依然存在，由此可以判断出造成110kVII母母线电压Ua、Ub、Uc一直存在的原因不是由电容器引起的。
2.2.2 10kV风机电源线路特性分析
当110kV连南I线113进线断路器跳闸后，在此期间，对于仍并网运行的风电场，由于失去了与电网系统的联络，将带剩余负荷571南朝线、541及551电容器负荷孤岛运行。按照一般风电机组按追求最大风电功率原则设计，因此不具备频率自动调节能力，这样就导致出现风电机组高/低频情况，在低压侧风力发电机没有立即停下的情况下，系统产生过电压，造成主变T3跳闸。
2.3 主变动作行为分析
2013年04月09日14时55分58秒，在110kV连南I线电源切除后尚未重合的过程中，主变T3间隙零序保护动作，跳开两侧断路器。而接于相同母线上的主变T2保护未动作，如图3。
2.3.1 主变保护判据
间隙零序保护由零序过压元件、零序过流元件或门构成。 间隙在击穿的过程中，零序电压和零序电流可能交替出现。间隙零序保护的零序过流元件和零序过压元件带有一定展宽时间，任一元件动作保持一定时间，经过延时保护动作。任一元件动作保持的时间，主变T3 WBH-813H 采用的是 100ms ，而主变T2 WBH-813A 根据间隙零序电压和零序电流可能交替的时间的经验值改为采用50ms。零序电压取自母线TV二次开口三角侧，零序电流取自放电间隙处电流互感器。
2.3.2 动作行为分析
（1）从主变T3装置的动作报告分析，零序电压为216.61V，大于零序过压元件定值180V，满足零序过压元件，量值符合间隙零序保护的动作条件。
（2）对专用故障录波器故障录波进行数据分析 发现在110kV连南I线113断路器保护三跳动作，开关跳闸，经1.5S延时重合闸动作，故障持续未重合过程中，110kVII母电压存在一个从266ms开始到1160ms 时间内，除中间610ms到 704ms共 94ms时间外，零序电压波形相同，幅值均大于180V过程。在约 266+802=1068ms 时刻 3# 主变间隙零序过压保护动作。中间610ms到704ms 共 94ms 时间，主变T3过压状态逻辑保持住了，而主变T2过压状态逻辑则不能保持住，故主变T3延时符合间隙零序保护的动作条件 ， 主变T2延时不符合间隙零序保护的动作条件。
3 解决措施
为避免当高压侧110kV线路故障时，10kV低压风机线路供电时，系统出现高零序电压，造成对中性点不接地运行的分级绝缘变电器损坏，现提出以下方案。
（1）变电站内100母联分裂运行时，113连南I线带2#、3#主变9万千伏安负荷，111连南II线带1#主变4万千伏安负荷。重新对变电站现场运行方式进行计算，假设100母联断路器运行，110kVI、II母并列运行，这样当110kV 111连南II线或113连南I线双回线任意一条线路跳闸后，正常运行线路带站内风电负荷。但经过事后调查，对侧变电站内安装了安全稳定装置，站内亦存在两条110kV双回线路，当其中一条线路跳闸后，会超过另外一条正常运行线路热稳定极限，此时安全装置将切除113连南I线，以消除线路过载情况。如果考虑100母联断路器并列运行，将会造成站内风电负荷通过111连南II线送电，造成对侧变电站正常运行110kV线路出现过载，达到热稳定极限。综上所述，变电站内100母联开关只能分裂运行。
（2）对于中性点不接地运行的分级绝缘变压器T1、T2、T3，当系统产生工频稳态过电压后，对分级绝缘变压器中性点构成威胁，甚至使绝缘损坏。针对当高压侧110kV线路故障时，系统出现高零序电压的情况，特安排停电检修，对主变T2高压侧后备间隙零序保护软件升级，将主变高压侧间隙零序保护中的保持时间改为100ms，保证主变T2在系统过电压的状况下正确跳闸。
4 结论
通过对一起高压侧线路故障，系统产生过电压，接于同一条母线上两台主变跳闸迥异的情况分析，对主变保护装置逻辑程序进行升级，有效的确保了主变在系统过电压的状况下正确跳闸，提高了电网安全稳定运行水平和供电可靠性。
作者简介
冯毅（1981-），男，现为宁夏电力公司吴忠供电公司工程师。主要研究方向为电力系统及自动化。
作者单位
宁夏电力公司吴忠供电公司 宁夏回族自治区吴忠市 751100
