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1、单相接地引起中性点间隙击穿后主变高压侧三相电流特点初步研究_魏莉 第38卷 第8期 电力系统保护与控制 Vol.38 No.8 2010年4月16日 Power System Protection and Control Apr.16, 2010 单相接地引起中性点间隙击穿后主变高压侧三相电流特点 初步研究 魏 莉，郑 涛，彭建宁，齐蓬勃，杨 拯 （1.固原供电局，宁夏 固原 756000；2.华北电力大学，北京 102206） 摘要：收集了线路发生单相接地故障导致间隙击穿后，变压器高压侧三相电流波形图，从实际数据中分析间隙击穿变压器高压侧三相电流的特点以及负荷侧变压器中性点直接接地且空载条件
2、下故障时电流特点,揭示该条件下各相电流大小、相位关系及波形特征，并与理论分析比较,归纳出间隙大小与产生此类波形的内在联系,最后指出间隙击穿对继电保护的影响,说明了消除方法。 关键词：单相接地；间隙击穿；三相电流特点；滞后相电流；光纤纵差保护 1 2 1 1 1 Pilot study of three-phase current characteristic on transformer high-voltage side when the clearance is breakdown caused by single-phase grounding fault WEI Li1，ZHENG T
3、ao2，PENG Jian-ning1，QI Peng-bo1，YANG Zheng 1 （1. Guyuan Power Supply Bureau，Ningxia 756000，China；2. North China Electric Power University，Beijing 102206，China） Abstract：This paper contains the three-phase current waveforms on the transformer high-voltage side when the transformer neutral-point spark
4、 gap is breakdown caused by single-phase earth fault of transmission line A，B or CBased on the actual data，this paper analyses the character of three-phase current on the transformer high voltage side when the spark gap is breakdown，and the character of the fault current of load-side transformer who
5、se neutral-point direct grounded when its no-loadAnd on the above condition，the current size，the phase relation and the characteristic of waveforms have been opened outCompared with the theoretical analysis，it concludes the immanent relation of the spark gap length and the waveformsAt last，it points
6、 out the effect to the relay protection caused by the spark gap breakdown and gives the method of how to avoid it Key words：single-phase grounding；gap breakdown；three-phase current characteristic；hysteretic phase current；optical fibre longitudinal differential protection 中图分类号： TM71；TM77 文献标识码：A 文章编
7、号： 1674-3415(2010)08-0140-04 0 引言 220 kV和110 kV系统运行着大量中性点不接地或经放电间隙接地的变压器。系统中线路发生接地故障导致变压器中性点间隙击穿被迫切除主变的事例和文章很多，但都集中在讨论间隙距离的整定（高电压专业）、间隙零序电流保护延时的整定（继电保护专业）方面，为使间隙距离合理增大到不易被误击穿，或者间隙击穿后零流保护因采用了躲过本系统零序段的长延时而不轻易动作两方面1-4。 本文收集了线路发生A、B、C相别的单相接地故障导致间隙击穿后，变压器高压侧A、B、C三相电流波形特点，指出该情况下各相电流大小、 相位关系，并与负荷侧变压器中性点直接接
8、地，即只有零序电源、没有正序（负序）电源时，系统故障情况下三相电流特点做了比较。以一种新的视角观察和记录这种特殊的电流现象，希望引起继电保护方面专家、学者的共同关注和研究，以期作为对系统实际运行资料和继电保护专业理论书籍相关内容的补充。 1 间隙击穿变压器高压侧三相电流特点 线路发生接地故障，相当于在故障点附加一零序电源，故障点的零序过电压会全部加至中性点非直接接地变压器的中性点5，引起放电间隙击穿提供变压器高压侧的零序电流通路。 魏莉，等 单相接地引起中性点间隙击穿后主变高压侧三相电流特点初步研究 - 141 - 110 kV110 kV 1主变 35 kV 图1系统接线及故障电流分布图 F
9、ig.1 System connection and fault current distribution diagram 如图1所示的110 kV单侧电源供电系统，在线路GS上K点分别发生A、B、C相别的单相接地故障，H站1#主变中性点间隙击穿，S变电站1114和1111处保护录得三相电流、电压波形分别如图2所示，（a）、（b）、（c）图分别为A相、B相、C相接地故障导致H站1#主变间隙击穿后高压侧波形 图。注意观察就会发现这些波形与电源侧保护所得录波形不同。例如，线路发生A相故障时，电源侧保护通常表现为A相电压突变降低，A相电流突变增大，3U0、3I0由很微小的不平衡值突变增大为故障量。
10、电压标度 U:45V/格 IO （瞬时值） UO 电流标度IA I:03.99A/格（瞬时值）IBIC UA 时间标度 UB T:20 ms/格 UB T 但是分别观察图2（a）、 （b）、（c ）波形图发现：在H侧变压器正常负载情况下，线路GS上发生A相接地故障致使变压器放电间隙击穿后，滞后相B相电流幅值比较小，A、C两相电流幅值较大；线路发生B相接地故障致使变压器间隙击穿后，滞后相C相电流幅值比较小，A、B两相电流幅值较大；线路发生C相接地故障致使变压器间隙击穿后，滞后相A相电流幅值比较小，B、C两相电流幅值较大。 同时S变电站1114和1111处故障录波器还记录下了具体的电流数值，审慎起
11、见也分别列示于图3。图3（a）图为发生A相接地时1111处故障录波图，图3（b）为发生B相接地时1114处故障录波图。这些电流数值及波形特点与负荷侧变压器中性点直接接地且变压器又处于空载条件下，发生接地故障时的电气量特征?IA=?IB=?IC=?I0 6-7又有所不同。 （a）线路A相接地波形图 电压标度 U:45 V/格 IO （瞬时值） UO 电流标度IA I:03.44A/格（瞬时值）IBIC UA 时间标度 UB T:20 ms/格 UC T （a）A相接地时1111处故障录波图 （b）线路B相接地波形图 Ia Ib Ic 3I0 Ua Ub Uc 3U0 （b）B相接地时1114处故
12、障录波图 图3 单相接地时的故障录波图 Fig.3 Wave of single-phase ground fault （c）线路C相接地波形图 4 图2 中性点间隙击穿后变压器高压侧波形图 Fig.2 Wave of transformer high side after the neutral-point clearance is breakdown 图1所示系统K点A相接地故障时，由S变电站1111处故障录波图3（a）可见，A相电压有效值UA降低到16.4 V，3U0升高到49.5 V；A、B、C三相电流与零序电流有效值不相等，分别为 但仍符IA=3.56A,IB=1.72A,IC=3.
13、53A,3I0=8.75A。 - 142 - 电力系统保护与控制 合三相电流有效值之和等于3倍零序电流，即IA+IB+IC=8.81A3I0=8.75A（1111CT变比200/5）。此时B相电流较小，不满足I?A=I?B=I?C=I?0，但三相电流之和仍等于3倍零序电流，满足?+I?+I?=3I?关系。 IABC0图1所示系统K点B相接地故障时，S变电站1114处故障录波图3（b）可知，B相电压有效值UB降低到13.8 V，3U0升高到60 V；A、B、C三相电流与零序电流有效值并不相等，分别为IA=1.62A,IB=1.84A,IC=0.94A,3I0=4.31A，仍符合（1114CT变比
14、400/5）。IA+IB+IC=4.4A3I0=4.31A 此时C相电流较小，不满足I?A=I?B=I?C=I?0，但三相 电流之和仍等于3倍零序电流，满足I?A+I?B+I?C=I?0。 2 负荷侧变压器中性点直接接地且空载条 件下故障时电流特点 由文献6-7知，在图4所示系统里，负荷侧（弱电源或无电源侧）有中性点直接接地要求的变压器，如330 kV自耦变及某些220 kV、110 kV因安全要求中性点必须直接接地运行的变压器，当线路发生接地故障时，不论故障相别如何，变压器同侧都会流过三相大小相等、方向相同的零序电流，即I?A=I?B=I?C=I?0，故障点两侧电流分布特点如图4所示。因为在
15、线路故障时，该侧没有系统大电源的支持，只有接地中性点引起的零序源，没有正、负序电源。故而本侧只有零序网络，不存在正、负序网络（正、负序网络处于开路状态，对应正、负序阻抗无穷大），故负荷侧三相及零序回路只能流通零 ?=I?=I?=I?。 序电流，故只能有IABC0 图4 弱电侧直接接地，线路单相故障电流分布图 起变压器被误切；合理计算、选择间隙设备，并正确整定间隙距离，使间隙不致被频繁误击穿；适当延长间隙零序电流的动作延时，该延时独立整定，不与间隙零压保护共用时间元件，即必须保留住带0.30.5 s短延时的间隙零压保护。对于处在图1所示系统S变电站1111、1115位置，可能因变压器中性点间隙击
16、穿引起误动的保护，投入零序电流、段方向控制字，使方向指向线路，即可避免这种情况下的保护误动作。 220 kV系统内母线保护双重配置，线路保护“双主双后”配置，接地故障由快速保护以毫秒级固有延时切除，来不及引起间隙击穿或者即便击穿，也来不及引起带延时的间隙零流保护动作，在很大程度避免了变压器被误切除。 110 kV线路保护多按阶段式原则配置，在段范围内发生的接地故障将延时切除，通常该延时t0.30.5 s。类似于图1所示系统，若S变电站110 kV母线有多条配出线，所带变压器的中性点都经放电间隙接地，如果间隙距离普遍较小，则都可能在线路故障时被击穿产生放电电流，那么该母线配出的多条线路保护都可能
17、动作切除多条线路（只要达到零序段定值）4。 2004年3月19日和4月27日，分别在图1所示系统中K点故障时，线路GS两侧高频保护动作。H变电站间隙击穿为S侧高频弱馈保护提供了零序电流。1变间隙虽然击穿但其零流保护来不及动作故障就已被切除，变压器得以保留继续运行。 2007年7月26日，S站配出线L2上K1点因雷击发生BC两相接地故障，1117处零流段以0.3 s跳闸切除，并使得H变电站另一台带0.3 s延时的变压器间隙零流保护动作跳开变压器，另一台带0.5 s延时的变压器间隙零流保护未动作。能够说明在110 kV系统所有线路加装全线速动保护的优越性，并可因此避免诸如此类的许多问题。 Fig.
18、4 Distribution diagram of line single-phase fault current when weak-power source side solidly grounding 4 结语 (1) 无电源侧变压器中性点直接接地且变压器又处于空载条件下，系统内线路发生接地故障时，变压器高压侧三相电流量符合I?A=I?B=I?C=I?0且 ?+I?+I?=3I?，理论上三相电流相位完全相同。 IABC0 3 间隙击穿对继电保护的影响及消除 影响：中性点放电间隙误击穿会造成变压器被 误被切除，虽然不算误动作，但也扩大了停电范围影响正常供电，同时可能造成变压器送电端线路保护
19、误动作，应积极寻求解决办法予以消除。 消除措施：增强线路保护配置，110 kV线路加装全线速动保护，使线路故障快速切除，不致引 (2) 无电源侧变压器正常负载情况下，系统内线路上发生接地故障致使变压器间隙击穿时，若A相故障则滞后相B相电流较小，A、C两相电流数值较大且数值基本相等；B相故障则滞后相C相电流较小，A、B两相电流较大且数值基本相等；C相故障滞后相A相电流较小，B、C两相电流较大 魏莉，等 单相接地引起中性点间隙击穿后主变高压侧三相电流特点初步研究 - 143 - 且数值基本相等。三相电流不符合I?A=I?B=I?C=I?0， 三相电流相位也不完但是满足I?A+I?B+I?C3I?0
20、关系， 全相同。为什么会产生这样的现象，是值得关注和 探究的问题。而且随着间隙距离的调整，此类误击穿现象逐渐减少，取得此类波形的几率也将减小，因此这些波形及数据很值得保存、研究。 参考文献 1 张文峰. 110 kV分级绝缘变压器中性点过电压保护探 讨J. 广东电力，2000，13（1）：5-7. ZHANG Wen-feng. A Research of Neutral-point Over-voltage Protecting for 110 kV Stepped Insulator TransformerJ. Guangdong Electric Power, 2000，13（1）：5-
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22、术研究， PENG Xiang-yang, ZHONG Ding-zhu, et al. An Analysis and Research of Transformer Neutral-point Discharge Spark Gap ProtectingJ. Southland Network Technique Research,2005,1(2):39-43. 4 石健，戴和彩，王珩. 线路故障引起的主变中性点放 电间隙击穿J. 农村电气化，2006，26(3). SHI Jian, DAI He-cai, WANG Heng. The Discruption of Transform
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28、电保护教学和科研工作； 彭建宁（1967-），男，硕士，高工，从事高压试验、系统分析管理等工作。 5 邱宇，陈学允. 用于静止无功补偿器的非线性PID控制器J. 中国电机工程学报，2002，22（11）：41-44. QIU Yu，CHEN Xue-yun. The New Nonlinear PID Controller for SVCJ. Proceedings of the CSEE，2002，22 （11）：41-44(in Chinese). 6 Mathur R M，Varma R K. Thyristor-based FACTS Controllers for Electrica
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