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【摘要】：本文作者分析研究了终端线路变压器组继电保护配置及变压器中性点接地方式的发展历史和存在的问题，并针对问题提出了相应的解决措施。
【关键词】：主变压器；终端变电站；保护配置
1终端线路变压器组继电保护配置及变压器中性点接地方式的变化过程
按DL/T559-1994《220-500kV电网继电保护装置运行整定规程》规定：“变电所中性点接地运行方式的安排，应尽量保持变电所零序阻抗基本不变。”对于大部分高压电网，终端变电站主变中性点一般采用间隙接地方式，主要是基于以下原因：一方面，继电保护整定计算时，考虑终端线路N-1检修的运行方式下，仍可保持系统综合零序阻抗的基本稳定，零序网电流分布变化小，可以较好地保证继电保护定值的配合关系；另一方面，终端变电站主变中性点间隙接地运行，有利于缩短接地故障熄弧时间而提高重合闸成功率。
单电源或一侧弱电源的终端线路，常规线路纵联保护动作性能存在不确定性，一是提供的故障电流过小使保护不能正常启动，二是由于精工电流不满足要求影响保护正确选相、正确发停讯等。因此，DL/T559-1994规定“单电源单回线路向终端变电站供电时，为快速切除线路变压器单元的故障，可将送电侧的相间及接地故障保护的速断段保护范围伸人变压器内部，按躲开下一级电压母线整定”；“带地区电源的主网终端线路一般选用解列三相重合闸（主网侧采用检定线路无电压重合，不带地区电源的主网终端线路，一般选用三相重合闸方式。”按上述原则，目前大部分高压电网的终端线碑只在系统侧配置距离保护、零序电流保护和重合闸正常系统侧线路保护US段（或带短延时）定值伸入终端变压器阻抗范围内，并在系统侧采用三相重合闸或检定无电压三相重合闸方式，终端变电站主变中性点采用间隙接地方式。这样简化了保护配置、整定，保证了终端线路故障的快速切除，但同时由于无法正确选相而采用三相重合闸或检定无电压三相重合闸，牺牲了终端变电站持续供电的可靠性。
终端变电站低压侧一般都有地区小电源运行，当线路单相故障、系统侧三相跳闸后，则形成一个带有小电源的中性点不接地系统的单相短路故障，非故障相电压升高了倍，主变中性点间隙电压上升为相电压，母线3U。达到或超过主变中性点间隙零序过电压保护定值（整定规程要求主变间隙零序过电压定值为180V，0.5S），主变间隙保护动作跳闸，导致变电站全停。
2继电保护配置的改进
随着纵联保护的发展和光纤通道的完善，特别是近几年来电网大量采用的光纤电流分相差动保护，原理上已经实现了一定的突破，基本可以保证终端线路单相接地故障时正确启动、正确选相、跳合闸；由于电网故障的90%左右是单相接地故障，若终端线路保护在单相瞬时接地故障时，两侧可以正常实现“单跳单合”，保证用户的不间断供电。因此，在近几年的基建工程和保护技术改造项目中，电网的终端线路两侧均采用或更换为光纤分相电流差动保护及单相重合闸，对于终端线路大部分单相瞬时接地故障可实现正确跳、合闸，对一于终端变电站的安全持续供电起到一定的积极作用。
3主变中性点间隙过电压击穿问题
国内电网110kV及以上电压等级的变压器一般为分级绝缘变压器，即主变中性点的绝缘水平低于线端绝缘水平，对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵人变电站，在变压器中性点产生较高的雷电过电压；系统单相接地、非全相运行等又会产生工频过电压，对变压器中性点绝缘构成威胁。因此，高压电网变压器中性点除安装直接接地刀闸外，还安装了避雷器和中性点放电间隙，以防止雷电过电压和工频过电压。但由于避雷器与中性点放电间隙配合比较困难、承受工频过电压能力所限、在系统故障时发生过爆炸等因素的影响，目前电网已经将所有主变中性点避雷器拆除，仅靠中性点放电间隙来保护变压器中性点绝缘。因此，对于没有其它接地点的终端变电站，主变中性点间隙在雷击故障时击穿是必然的。
4案例分析
某电网220kV汪清一次变为终端变电站，经220kV图汪甲线并人图们一次变，主接线为线路变压器组，主变高压侧与图汪甲线共用一个线路开关，正常主变中性点间隙接地运行，汪清一次变66kV系统有满台城水电厂并网运行（见图1）。图汪甲线两侧配置RCS-931B，RCS-931B（Q）双套分相差动微机保护及综合重合闸；线路重合闸正常投“单重”方式，时间整定为1.0S。主变配置RCS-978E，RCS-974A“双主双后”微机保护，其中后备保护中配有主变间隙零序过压及零序过流保护。
220kV图汪甲线遭雷击，距汪清一次变8.1km处发生V相接地故障，线路两侧分相差动保护正确动作跳开两侧V相开关，故障当时汪清一次变主变中性点间隙击穿，主变中性点间隙零序电压、零序电流保护动作出口，并发出“远跳“命令，使图汪甲线三相永久性跳闸不重合，汪清一次变及满台城水电厂与主系统解列。经分析认为，图汪甲线V相遭雷击发生单相接地故障时，汪清一次变主变中性点间隙因雷击过电压而击穿，主变间隙零序电压保护动作，在线路两侧V相跳闸后的重合闸过程中，即故障切除后的非全相运行期间，主变中性点仍有零序电流3I。为120A左右，维持主变中性点间隙零序电流保护（定值为100A，0.5S）不返回.直到0.5S的动作时间而出口跳闸，造成汪清一次变主变及满台城水电厂与主系统解列。可见，汪清一次变主变在线路遭雷击发生单相接地故障时，其主变中性点间隙击穿是本次变电站全停事故的直接原因。
由此可见，终端变电站主变采用中性点间隙接地方式，即使终端线路采用了光纤电流差动保护及单相重合闸，仍不足以从根本上解决问题。
5解决措施
要从根本上解决终端变电站主变中性点间隙击穿、间隙保护跳闸使变电站全停的问题，终端变电站主变中性点采用直接接地方式是比较切实可行的办法。但必须同时解决以下几方面问题。
5.1门与断路器非全相保护的配合问题 目前，大部分终端变电站为线路变压器组接线，因此，终端线路重合闸的过程相当于终端主变非全相的过程，这就需要考虑线路重合闸与主变非全相保护的配合问题。根据国家电网最新颁布的技术规程和标准化设计规范，一般非全相保护由断路器本体三相不一致保护完成，由于上述问题涉及不同的专业和部门，需要各部门的协调配合才能解决，要求投入断路器本体三相不一致保护，并要求其动作时间大于线路单相重合闸周期，同时留有足够裕度，如电网要求线路变压器组接线断路器本体三相不一致保护动作时间取2.0～2.5S，即大于线路单相重合闸时间。
5.2系统保护整定计算问题
随着电网规模的扩大，“强化主保护、简化后备保护”已经成为未来发展的必然趋势，吉林省也正在着手制定以“简化配合关系、方便运行管理、提高工作效率”为宗旨的继电保护整定计算简化原则。未来保护整定计算原则必将日趋简化，整定计算将尽量减少人工干预，趋向高效化、智能化，保护定值适应性将不断增强，终端变电站主变中性点直接接地运行对电网整定计算影响将日趋减少。
但如果终端变电站主变直接接地运行，系统保护定值必须考虑终端线路变压器组非全相对于系统保护后备段定值的影响，即需要校验系统中动作时间小于单相重合闸周期的保护段是否有误动作的可能；另外，单相重合闸时间不宜过长，如规定重合闸最长不得超过0.7s，以减少终端线路变压器组非全相时对系统内其他相邻线路大于l.0s段后备保护段的影响。
5.3接变电站的问题
对于220kV二接变电站，按规程规定，至少1台主变中性点为直接接地方一式，但在线路N-1停电的运行方式下，该变电站将成为暂时的终端变电站，应视同一般终端变电站，具有同样的问题。按照以往的运行模式，线路N-1方式下，将该变电站主变中性点均改为间隙接地运行，线路系统侧重合闸改为三相重合闸或检无压三相重合闸方式，同样存在上述问题。为此，对某省电网终端变电站以及接变电站在1V-1方式下线路出口单相故障时主变中性点间隙工频过电压进行了统一计算，计算分析表明，当终端线路出口发生单相接地故障时，各220kV母线3U。一般均在180V以下，中性点零序电压保护不应动作，对各中性点放电间隙工频耐压最高仅达65%的耐压值，不足以使主变中性点间隙击穿；但因雷击导致的中性点雷击过电压有时可达工频过电压的数倍，因此，在线路出口遭雷击发生接地故障时，主变中性点间隙击穿可能性很大，只有采用主变中性点直接接地才可以避免。
6结束语
目前，某省220kV电网共有5个户外终端变电站，12个接变电站。为解决因雷击过电压主变中性点间隙击穿问题，现已将5个户外终端变电站以及12个接变电站的N-1方式下主变均采取中性点直接接地方式运行。同时，为保证该措施的顺利实施，在线路保护及重合闸的配置、特殊整定计算方案的制定、与断路器非全相保护定值的配合等方面均采取了相应配套措施。
参考文献：
1李瑞生，冯秋芳，刘星，刘千宽，钟运平；WXH-801/802数字式微机线路保护的研究[J]；继电器；2000年12期
2李瑞生，朱景云；线路保护的发展及展望[J]；电气应用；2005年04期
3赵志华，吴全文，王路军，汤俊；高可靠性的新型数字式线路保护的研究[J]；继电器；2002年08期
【关键词】：主变压器；终端变电站；保护配置
1终端线路变压器组继电保护配置及变压器中性点接地方式的变化过程
按DL/T559-1994《220-500kV电网继电保护装置运行整定规程》规定：“变电所中性点接地运行方式的安排，应尽量保持变电所零序阻抗基本不变。”对于大部分高压电网，终端变电站主变中性点一般采用间隙接地方式，主要是基于以下原因：一方面，继电保护整定计算时，考虑终端线路N-1检修的运行方式下，仍可保持系统综合零序阻抗的基本稳定，零序网电流分布变化小，可以较好地保证继电保护定值的配合关系；另一方面，终端变电站主变中性点间隙接地运行，有利于缩短接地故障熄弧时间而提高重合闸成功率。
单电源或一侧弱电源的终端线路，常规线路纵联保护动作性能存在不确定性，一是提供的故障电流过小使保护不能正常启动，二是由于精工电流不满足要求影响保护正确选相、正确发停讯等。因此，DL/T559-1994规定“单电源单回线路向终端变电站供电时，为快速切除线路变压器单元的故障，可将送电侧的相间及接地故障保护的速断段保护范围伸人变压器内部，按躲开下一级电压母线整定”；“带地区电源的主网终端线路一般选用解列三相重合闸（主网侧采用检定线路无电压重合，不带地区电源的主网终端线路，一般选用三相重合闸方式。”按上述原则，目前大部分高压电网的终端线碑只在系统侧配置距离保护、零序电流保护和重合闸正常系统侧线路保护US段（或带短延时）定值伸入终端变压器阻抗范围内，并在系统侧采用三相重合闸或检定无电压三相重合闸方式，终端变电站主变中性点采用间隙接地方式。这样简化了保护配置、整定，保证了终端线路故障的快速切除，但同时由于无法正确选相而采用三相重合闸或检定无电压三相重合闸，牺牲了终端变电站持续供电的可靠性。
终端变电站低压侧一般都有地区小电源运行，当线路单相故障、系统侧三相跳闸后，则形成一个带有小电源的中性点不接地系统的单相短路故障，非故障相电压升高了倍，主变中性点间隙电压上升为相电压，母线3U。达到或超过主变中性点间隙零序过电压保护定值（整定规程要求主变间隙零序过电压定值为180V，0.5S），主变间隙保护动作跳闸，导致变电站全停。
2继电保护配置的改进
随着纵联保护的发展和光纤通道的完善，特别是近几年来电网大量采用的光纤电流分相差动保护，原理上已经实现了一定的突破，基本可以保证终端线路单相接地故障时正确启动、正确选相、跳合闸；由于电网故障的90%左右是单相接地故障，若终端线路保护在单相瞬时接地故障时，两侧可以正常实现“单跳单合”，保证用户的不间断供电。因此，在近几年的基建工程和保护技术改造项目中，电网的终端线路两侧均采用或更换为光纤分相电流差动保护及单相重合闸，对于终端线路大部分单相瞬时接地故障可实现正确跳、合闸，对一于终端变电站的安全持续供电起到一定的积极作用。
3主变中性点间隙过电压击穿问题
国内电网110kV及以上电压等级的变压器一般为分级绝缘变压器，即主变中性点的绝缘水平低于线端绝缘水平，对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵人变电站，在变压器中性点产生较高的雷电过电压；系统单相接地、非全相运行等又会产生工频过电压，对变压器中性点绝缘构成威胁。因此，高压电网变压器中性点除安装直接接地刀闸外，还安装了避雷器和中性点放电间隙，以防止雷电过电压和工频过电压。但由于避雷器与中性点放电间隙配合比较困难、承受工频过电压能力所限、在系统故障时发生过爆炸等因素的影响，目前电网已经将所有主变中性点避雷器拆除，仅靠中性点放电间隙来保护变压器中性点绝缘。因此，对于没有其它接地点的终端变电站，主变中性点间隙在雷击故障时击穿是必然的。
4案例分析
某电网220kV汪清一次变为终端变电站，经220kV图汪甲线并人图们一次变，主接线为线路变压器组，主变高压侧与图汪甲线共用一个线路开关，正常主变中性点间隙接地运行，汪清一次变66kV系统有满台城水电厂并网运行（见图1）。图汪甲线两侧配置RCS-931B，RCS-931B（Q）双套分相差动微机保护及综合重合闸；线路重合闸正常投“单重”方式，时间整定为1.0S。主变配置RCS-978E，RCS-974A“双主双后”微机保护，其中后备保护中配有主变间隙零序过压及零序过流保护。
220kV图汪甲线遭雷击，距汪清一次变8.1km处发生V相接地故障，线路两侧分相差动保护正确动作跳开两侧V相开关，故障当时汪清一次变主变中性点间隙击穿，主变中性点间隙零序电压、零序电流保护动作出口，并发出“远跳“命令，使图汪甲线三相永久性跳闸不重合，汪清一次变及满台城水电厂与主系统解列。经分析认为，图汪甲线V相遭雷击发生单相接地故障时，汪清一次变主变中性点间隙因雷击过电压而击穿，主变间隙零序电压保护动作，在线路两侧V相跳闸后的重合闸过程中，即故障切除后的非全相运行期间，主变中性点仍有零序电流3I。为120A左右，维持主变中性点间隙零序电流保护（定值为100A，0.5S）不返回.直到0.5S的动作时间而出口跳闸，造成汪清一次变主变及满台城水电厂与主系统解列。可见，汪清一次变主变在线路遭雷击发生单相接地故障时，其主变中性点间隙击穿是本次变电站全停事故的直接原因。
由此可见，终端变电站主变采用中性点间隙接地方式，即使终端线路采用了光纤电流差动保护及单相重合闸，仍不足以从根本上解决问题。
5解决措施
要从根本上解决终端变电站主变中性点间隙击穿、间隙保护跳闸使变电站全停的问题，终端变电站主变中性点采用直接接地方式是比较切实可行的办法。但必须同时解决以下几方面问题。
5.1门与断路器非全相保护的配合问题 目前，大部分终端变电站为线路变压器组接线，因此，终端线路重合闸的过程相当于终端主变非全相的过程，这就需要考虑线路重合闸与主变非全相保护的配合问题。根据国家电网最新颁布的技术规程和标准化设计规范，一般非全相保护由断路器本体三相不一致保护完成，由于上述问题涉及不同的专业和部门，需要各部门的协调配合才能解决，要求投入断路器本体三相不一致保护，并要求其动作时间大于线路单相重合闸周期，同时留有足够裕度，如电网要求线路变压器组接线断路器本体三相不一致保护动作时间取2.0～2.5S，即大于线路单相重合闸时间。
5.2系统保护整定计算问题
随着电网规模的扩大，“强化主保护、简化后备保护”已经成为未来发展的必然趋势，吉林省也正在着手制定以“简化配合关系、方便运行管理、提高工作效率”为宗旨的继电保护整定计算简化原则。未来保护整定计算原则必将日趋简化，整定计算将尽量减少人工干预，趋向高效化、智能化，保护定值适应性将不断增强，终端变电站主变中性点直接接地运行对电网整定计算影响将日趋减少。
但如果终端变电站主变直接接地运行，系统保护定值必须考虑终端线路变压器组非全相对于系统保护后备段定值的影响，即需要校验系统中动作时间小于单相重合闸周期的保护段是否有误动作的可能；另外，单相重合闸时间不宜过长，如规定重合闸最长不得超过0.7s，以减少终端线路变压器组非全相时对系统内其他相邻线路大于l.0s段后备保护段的影响。
5.3接变电站的问题
对于220kV二接变电站，按规程规定，至少1台主变中性点为直接接地方一式，但在线路N-1停电的运行方式下，该变电站将成为暂时的终端变电站，应视同一般终端变电站，具有同样的问题。按照以往的运行模式，线路N-1方式下，将该变电站主变中性点均改为间隙接地运行，线路系统侧重合闸改为三相重合闸或检无压三相重合闸方式，同样存在上述问题。为此，对某省电网终端变电站以及接变电站在1V-1方式下线路出口单相故障时主变中性点间隙工频过电压进行了统一计算，计算分析表明，当终端线路出口发生单相接地故障时，各220kV母线3U。一般均在180V以下，中性点零序电压保护不应动作，对各中性点放电间隙工频耐压最高仅达65%的耐压值，不足以使主变中性点间隙击穿；但因雷击导致的中性点雷击过电压有时可达工频过电压的数倍，因此，在线路出口遭雷击发生接地故障时，主变中性点间隙击穿可能性很大，只有采用主变中性点直接接地才可以避免。
6结束语
目前，某省220kV电网共有5个户外终端变电站，12个接变电站。为解决因雷击过电压主变中性点间隙击穿问题，现已将5个户外终端变电站以及12个接变电站的N-1方式下主变均采取中性点直接接地方式运行。同时，为保证该措施的顺利实施，在线路保护及重合闸的配置、特殊整定计算方案的制定、与断路器非全相保护定值的配合等方面均采取了相应配套措施。
参考文献：
1李瑞生，冯秋芳，刘星，刘千宽，钟运平；WXH-801/802数字式微机线路保护的研究[J]；继电器；2000年12期
2李瑞生，朱景云；线路保护的发展及展望[J]；电气应用；2005年04期
3赵志华，吴全文，王路军，汤俊；高可靠性的新型数字式线路保护的研究[J]；继电器；2002年08期