張 銘
(國網北京市電力公司檢修分公司,北京 豐臺 100073)
我國110 kV及以上電網一般采用大電流接地,也就是中性點直接接地方式。一方面在發生單相故障時,非故障相電壓不會因此升高,暫態過電壓水平低,設備絕緣壓力??;另一方面中性點直接接地系統故障電流大,提高了保護的靈敏性,可以使保護更快動作,降低了設備的過電壓時間。如圖1所示,如果3臺變壓器中性點均接地,在中壓側發生越級的時候,由于3臺變壓器都始終有接地點,后備保護可以準確切除故障所在母線,最大限度減少了負荷損失,提高了供電的可靠性。但是故障電流的增大使故障更難切除,進而需要更大容量的斷路器,提升了造價。其次變壓器停運時接地點數量的變化會導致電網零序電阻的變化,導致保護整定值不準確,影響保護的可靠動作。
圖1 220 kV樞紐站典型方式
《北京電網調度控制管理規程》規定:變壓器并列運行的220 kV變電站,至少應有一臺變壓器220 kV、110 kV側中性點接地運行。選擇原則如下:優先選擇帶有站用變或10 kV出線的變壓器中性點接地;當變電站有3臺或4臺變壓器時,選擇運行于同一條母線上的2臺變壓器中的1臺接地[1]。簡單地說就是帶10 kV重要負荷的變壓器中性點優先接地;其次一條母線上有2臺變壓器的中性點優先接地。
如圖1所示為典型的220 kV變壓器并列運行的接線,1#、3#變運行在5#母,2#變運行在4#母,3#、2#變各帶一臺站用變及負荷,1#變只帶無功。下面分別分析中性點在3臺變壓器時的情況。正常運行時,應3#變壓器中性點接地運行。
原因主要從中壓側故障越級考慮。220 kV保護為雙套配置而且還有失靈保護,故220 kV線路故障越級且失靈未動作的情況很少。如果遇到220 kV 2套保護都拒動導致失靈未啟動的情況,則由所有220 kV線路對端的線路保護II段來切除故障。變壓器作為負荷側,其高壓側后備保護并不能切除故障,故高后備主要作為母差和中低壓側的后備保護。
而110 kV保護為單套配置且沒有配置失靈保護,當線路故障越級時完全依靠變壓器中壓側后備保護來切除故障。故中性點的選擇主要須考慮中后備動作后的情況。
變壓器中壓側后備保護動作邏輯為中性點接地時I時限跳母聯,II時限跳本側。失去中性點后,變壓器中性點電壓偏移,間隙保護啟動,0.5 s跳本變壓器三側。發生越級時,至少損失1條母線負荷,至多損失2臺變壓器負荷。以下是幾種方式的保護動作結果。
如圖2所示,當110 kV 5#母線出線(單數)發生接地故障且開關拒動時,1#變110 kV側零序保護動作,第Ⅰ時限跳開母聯145開關,之后1#變第Ⅱ時限跳開101開關;此時,110 kV 5#母線相當于接地故障仍未切除,且失去了中性點導致中性點電壓偏移,3#變110 kV側間隙保護啟動,0.5 s后動作跳3#變三側。導致3#變及110 kV 5#母線停電、10 kV 5#母線短時停電后245自投。
圖2 1#變中性點接地、5#母線越級負荷損失情況
如圖3所示,當110 kV 4#母線出線(雙數)發生接地故障且開關拒動時,1#變110 kV側零序保護動作,第Ⅰ時限跳開母聯145開關,之后1#變保護返回;此時,110 kV 4#母線相當于接地故障仍未切除,2#變間隙保護0.5 s后動作,2#變跳三側。導致2#變及110 kV 4#母線停電、10 kV 4#母線短時停電后245自投。
圖3 1#變中性點接地、4#母線越級負荷損失情況
如圖4所示,當110 kV 5#母線出線(單數)發生接地故障且開關拒動時,2#變110 kV側零序保護動作,第Ⅰ時限跳開母聯145開關,之后2#變保護返回;此時,110 kV 5#母線相當于接地故障仍未切除,1#變、3#變110 kV間隙保護0.5 s后動作,1#變、3#變跳三側,造成1#變、3#變及110 kV 5#、10 kV 3#母線停電、10 kV 5#母線短時停電后245自投。
圖4 2#變中性點接地、5#母線越級負荷損失情況
如圖5所示,當110 kV4#母線出線(雙數)發生接地故障且開關拒動時,2#變110 kV側零序保護動作,第Ⅰ時限跳開母聯145開關,之后第Ⅱ時限跳開102開關,切除故障,造成110 kV 4#母線停電。
圖5 2#變中性點接地、4#母線越級負荷損失情況
如圖6所示,當110 kV 5#母線出線(單數)發生接地故障且開關拒動時,3#變110 kV側零序保護動作,第Ⅰ時限跳開母聯145開關,第Ⅱ時限跳開103開關,此時,110 kV 5#母線相當于接地故障仍未切除,1#變110 kV側間隙保護0.5 s后動作,1#變跳三側,造成1#變、110 kV 5#母線、10 kV 3#母線停電。
圖6 3#變中性點接地、5#母線越級負荷損失情況
如圖7所示,當110 kV 4#母線出線(雙數)發生接地故障且開關拒動時,3#變110 kV側零序保護動作,第Ⅰ時限跳開母聯145開關,第Ⅱ時限跳開103開關,此時,110 kV 4#母線相當于接地故障仍未切除,2#變110 kV側間隙保護0.5 s后動作,2#變跳三側,造成2#變、110 kV 4#母線停電,10 kV 4#母線短時停電后245自投。
圖7 3#變中性點接地、4#母線越級負荷損失情況
如表1所示,若2#變27-2、7-2接地,當110 kV 5#母線出線(單數)發生接地故障且開關拒動時,造成2臺主變跳閘(1#變、3#變),損失最大;若1#變27-1、7-1接地或3#變27-3、7-3接地,無論110 kV 4#母線或5#母線出線發生接地故障且開關拒動時,均造成一臺主變跳閘(2#變或1#變)。但是1#變中性點接地時,3#變跳閘,造成1臺所內和一部分10 kV負荷短時失電。而3#變中性點接地時,1#變跳閘,10 kV只會損失無功。
表1 各中性點接地方式下110 kV越級負荷損失
綜上所述,最合理運行方式為3#變27-3、7-3接地運行。