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故障分析首先現場勘察發現古水1號線22km處發生B相接地故障;大夫莊主變中性點間隙棒有明顯的放電痕跡;尖山1號線無故障發生。
經過對保護圖、錄波圖的分析及模擬故障的計算得出:古水1號線線路末端發生B相接地故障在保護的Ⅱ段范圍內,保護動作正確;大夫莊變壓器因古水1號線發生單相接地故障時,引起大夫莊主變中性點過電壓使間隙擊穿,間隙保護動作。同時由于大夫莊主變中性點擊穿后主變直接接地,且尖山1號線為直配線,零序保護不帶方向,在此情況下通過大夫莊主變提供的零序電流達到了尖山1號線零序保護Ⅱ段定值,保護誤動。
針對以上問題,下面將對系統接地情況、產生過電壓情況及保護配置情況進行分析。
接地點的選擇根據電網中接地點選擇的原則:變壓器中性點接地的配置要求是在有效接地系統發生單相故障時,系統的中性點不允許失地,且必須保證其有效性X0/X1<3.具體要求為:a)發電機及變電站低壓側有電源的變壓器,中性點均應接地運行,以防止出現不接地系統的工頻過電壓狀態。
b)自藕型和有絕緣要求的其他變壓器,其中性點必須接地運行。
c)要保護對該母線的零序電抗在運行中變化小來考慮。
d)T接于線路上的變壓器,以不接地運行為宜,當T接于線路上的變壓器低壓側有電源時,應采取防止工頻過電壓的措施(可以采取間隙過流及間隙過壓的方式)<1>.
基于以上原則及系統對零序網穩定的要求,太原電網現接地點的分布為:所有220kV變電站均有一臺主變的220kV側及110kV側中性點采用直接接地運行方式,另一臺主變均采用經間隙接地運行方式;110kV變電站主變中、低壓側接有小電源的其中一臺主變中性點采用110kV側直接接地運行方式,另一臺主變采用經間隙接地運行方式;直配的110kV變電站主變中性點大部分采用經間隙接地的運行方式,也有少數變電站采用不接地運行方式(中性點采用避雷器來保護)。
中性點過電壓水平及中性點保護方式的分析當中性點有效接地系統發生單相接地故障,在中性點引起的過電壓為:穩態電壓U0=k/(k+2)UX,暫態電壓U0=15U018U0,其中k=X0/X1,UX為系統相電壓。
對于中性點直接接地系統k3;取110kV高運行線電壓126kV(UX=727kV),則:U0max=06UX=436kV;U0=654785kV.對于中性點接地系統,取110kV系統額定線電壓110kV(UX=635kV),U0max=UX=635kV.一般棒間隙工頻放電電壓應滿足5256kV(有效值);棒間隙沖擊放電電壓應滿足79131kV(幅值)。
在目前運行的變電站中,110kV主變的絕緣水平均采用35kV,44kV,66kV分級絕緣的變壓器,其中性點絕緣等級及耐受電壓見。中性點絕緣等級及耐受電壓中性點絕緣等級工頻耐受電壓雷電沖擊耐受電壓3585180449525066140325由于110kV系統中棒間隙與避雷器關聯的過電壓保護方式配合困難,因此近年來省內系統中對110kV變壓器中性點多采用經間隙接地的過電壓保護方式來保護變壓器可能遭受的各種過電壓情況,少數舊變電站變壓器中性點采用避雷器保護方式。
采用間隙保護方式的間隙選擇原則:a)有效接地系統發生單相接地故障時不應動作,即有效接地單相故障工頻暫態電壓為654785kV,根據實驗提供間隙應為95115mm.
b)因接地故障形成局部失地時,應可靠動作,即因接地故障發生局部失地時,中性點工頻穩態電壓為635kV,根據實驗提供間隙應不大于120mm.
c)應滿足雷電過電壓下保護變壓器中性點標準分級絕緣的要求。一般110kV變壓器中性點采用棒間隙保護,間隙距離1105mm.接地保護的配置整定原則及作用目前變壓器的零序電流保護、間隙電流保護與零序過電壓保護構成了變壓器接地后備保護,它身兼兩職,除做系統接地后備保護外,還應保證任何情況下,每一臺主變中性點均不遭受過電壓。
變壓器中性點直接接地配有零序電流保護,其整定原則與相鄰出線零序保護配合,主要作用是系統發生單相接地故障后,由于各種原因無法靠線路保護來切除故障且為使變壓器不遭受損壞所配置的后備保護。
對不接地的分級絕緣變壓器中性點因絕緣水平分析與探討要求,通常設有相應的避雷器及保護間隙,同時增設反應零序電壓和間隙放電電流的零序過電壓保護和間隙零序過流保護來作為變壓器中性點經放電間隙接地時的接地保護,其間隙零序電流保護定值按規程推薦110A,0305s,零序過電壓保護定值按規程推薦150180V,0305s<1>(目前省內220kV系統取180V,110kV系統取150V),主要作用是系統發生單相接地故障后,對不接地變出現的過電壓以及間隙擊穿后產生的零序電流進行判斷,達到定值且躲過暫態過電壓時間即將主變切除。其目的是防止主變因長時間過電壓沖擊造成絕緣損壞;間隙長時間放電造成棒間隙損壞或通過的零序電流產生局部過熱造成絕緣損壞等。間隙零序保護作用于間隙擊穿后及時切除主變,零序過電壓保護做為間隙拒動的后備保護。
太原電網的特殊性分析由于太原電網結構是由220kV變電站以輻射狀向110kV變電站供電且糖葫蘆式、T接式的供電方式居多,特別還有長距離成串供電的變電站,按照電網中接地點選擇原則;110kV接地設置在220kV變電站的220kV/110kV降壓變壓器上,是零序電抗的主通道,是保證系統有效性的主導成分,是不允許失地的。對于110kV終端變電站(不含小電源)的變壓器中性點均不采用直接接地方式,有些采用經間隙接地的運行方式<1>.但由于110kV直配線路保護均不具備全線速動功能且直配線零序保護不帶方向,這樣當線路末端發生單相接地故障時,線路保護不能0s切除故障,使末端不接地變壓器可能出現零序過電壓現象,同時可能波及線末所接的多個變電站,造成末端主變中性點擊穿后直接接地,使該地區的零序分布發生變化,出現接于此母線上不帶方向的保護反向故障動作,即出現保護的非選擇性動作。這樣不僅使故障擴大,同時給故障處理帶來障礙,延誤送電時間。
從太原電網理論計算結果看:a)220kV古交變電站出的110kV線路水庫、大夫莊地區等發生線路末端單相接地故障時,末端不接地變可能出現過電壓現象,從高壓理論分析,此為暫態過電壓,原因是出現接地故障后由于電網結構、容量及參數的分布出現特殊情況,即等值于線路末端故障點的阻抗已不滿足X0/X1<3的要求,此時在線末發生單相接地故障時會產生較高的零序電壓。換句話說即零序阻抗/正序阻抗的比值越大,單相接地故障時所產生的過電壓就越高。經過計算發現古交220kV站的接地零序等值阻抗較大;即發生于此站的110kV母線單相接地故障反映出的零序電壓較高。同時觀察計算結果,接入此母線的各直配線末端的變壓器高壓側發生單相接地故障時,零序電壓均很高。
b)經過對以上過電壓水平高的地方增加接地點進行計算,發現增加接地點后,發生系統單相接地故障時僅對接地的本站變壓器零序過電壓有所降低,但對周邊送出線路的變壓器的過電壓水平降低并無明顯效果(此原因主要是該地區的線路參數X0/X1>3所致)。220kV小店變電站出的110kV線路(親賢、城南等站)也同樣存在此問題。