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输电线路单相断线时主变间隙保护动作情况分析

 

      之前的推文里面有说过,有个大学室友在调度部门工作,应他的要求,这期跟大家说说,输电线路单相断线时主变间隙保护动作行为。这种故障现象在实际电网中是比较常见的,不管是继保人员还是调度人员,要正确判断处理。
      根据Q/GDW1175-2013《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》,主变间隙保护保护采用外接零序电压时,定值为180V;采用自产零序电压时,定值设为120V。
      以图1所示的220kV系统为例,变压器Tm和Tn均为三相五柱式结构,Tm变压器直接接地,Tn变压器间隙接地且低压侧无电源,Tm和Tn变压器中性点零序过压保护继电器分别接M母线和N母线PT开口三角绕组,额定电压为100V。
220kV系统为案例
当M侧线路A相开关跳闸后,故障序网如图2所示。
故障序网
      由于主变Tn变压器不接地,因此零序回路处于开路状态,零序电流不能流通。因此,M母线处的零序电压为0(电流为0,乘以任何阻抗仍为0)。
      由于图1中正序阻抗与负序阻抗相等,因此,在图2中正序电流与负序电流相等,则断口处的电压为EA/2;而N母线的零序电压,就是负序网的断口电压(电路原理)。
      根据上述分析,由于PT变比为220000/√3/100/√3/100V,M母线PT开口三角电压3U0=0V,主变Tm的中性点间隙保护不会动作;N母线PT开口三角电压3U0=150V,所以N母线主变Tn的中性点间隙保护不会动作。
 
      上述分析结果是以正序阻抗与负序阻抗相等为前提。当两者不相等时,M母线PT开口三角电压仍为0V,而N母线PT开口三角电压将不再是150V。若负序阻抗大于正序阻抗,则N母线PT开口三角电压将大于150V,主变间隙保护有可能会动作;若负序阻抗小于正序阻抗,则N母线PT开口三角电压将小于150V,主变间隙保护肯定不会动作。以负序阻抗是正序阻抗的0.5倍为例,则N母线PT开口三角电压将是100V;负序阻抗是正序阻抗的2倍为例,则N母线PT开口三角电压将是200V,主变Tn的中性点间隙保护会动作。
 
      在智能变电站中,主变保护的中性点电压通常不取PT开口三角,而采用自产电压。以图2为例,当负序阻抗等于正序阻抗时,主变Tn的中性点间隙保护的零序电压为87V;以负序阻抗是正序阻抗的0.5倍为例,则N母线PT开口三角电压将是57V;负序阻抗是正序阻抗的2倍为例,则N母线PT开口三角电压将是115V。
      综上所示,输电线路断线时,主变间隙保护是否动作应根据实际电网进行实际分析:既要看正序阻抗与负序阻抗的比例关系,还要看是采用外接零序或自产零序电压。
 
      补充一句:之前有人问我,主变高压侧断线时低压侧的三相电压是如何变化;不想分析了,就用仿真软件跑了一下,仿真结果显示断线前后电压基本不变。结论正确与否还需进一步理论证明!
 

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