线路故障引起的主变中性点放电间隙击穿

      摘要：10 kV线路接地故障，产生零序电压，引起不接地主变压器中性点放电间隙击穿，为零序电流提供通路。 

　　事故经过：2003年6月10日8：54：26，220 kV金城变电站110 kV城如Ⅱ线C相单相接地，接地距离Ⅰ段、零序Ⅰ段出口，断路器跳闸，重合成功；同时相邻线路110 kV城新线零序Ⅰ段出口，断路器跳闸，重合成功。 

　　事故时金城变110 kV网络运行接线见图1，各主变中性点刀闸位置如下： 

　　

　　220 kV金城变110 kV母线上运行线路（带负荷）为：110 kV城蒲线、城西线、城新线、城如Ⅱ线、城北线，充电运行线路为：110 kV城如Ⅰ线、城河线。其中，110 kV如皋变、新民变、白蒲变、北郊变、龙河变主变中性点均不接地运行。 

　　　　
　　　　
　　　　　　故障时110 kV城如Ⅱ线故障录波见图2。 

　　　　

　　　　　　　　　　故障时110 kV城新线故障录波见图3。 

　　不接地变压器中性点放电间隙击穿。当系统发生单相接地，变压器中性点出现各种暂态或稳态过电压，一般情况下，金属氧化物避雷器和水平棒间隙都不应动作，运行经验表明该配合方案并未满足条件要求。据过电压理论估算，120 mm水平棒间隙工频放电电压理论值约63.7 kV（有效值），实际出现在主变压器中性点处的工频过电压应低于该数值，而从事故时的故障录波图分析120 mm水平棒间隙仍放电击穿。由于用作间隙棒的直径大小差异和间隙棒头的问题，其工频放电电压低于理论值，实际运行中也就导致了棒间隙的动作频繁，以及继电保护误动的可能性。从故障录波图可以看出，110 kV城如Ⅱ线C相单相接地时，零序电压已达92%Uφ即61.1 kV（有效值）（峰值达到1.414×61.1 kV=86 kV），这么高的零序电压引起终端变主变中性点间隙击穿（零序电压产生的场强大于间隙击穿场强），为零序电流提供了通路。现场查看了110 kV白蒲变、新民变、北郊变主变中性点放电间隙，均有电弧放电痕迹。 

　　零序电流达到线路零序I段整定值。由于110 kV线路整定时按照馈供线路的终端变主变中性点不接地运行，即不考虑对侧有零序电源，故没有加装方向元件。而中性点间隙击穿后，城新线零序电流为815 A，达到110 kV城新线零序I段定值（660 A）后110 kV城新线零序I段动作出口。 

　　110 kV城北线、城蒲线、城西线保护不动作是因为故障电流未达到整定值，而110 kV城河线、城如I线充电运行，对侧无运行主变，也就不存在主变中性点间隙击穿问题。 

　　采取措施：考虑水平棒间隙动作的击穿电压值受大气环境条件的影响及其它因素，建议选用125 mm水平棒间隙与并联Y1.5 W-73/1186 型金属氧化物避雷器配合的方式，较为适宜。棒间隙的配置，可使用Φ16 mm圆钢，端部半球形，表面加工细致无毛刺并安装时进行加电压技术老炼，提高运行后数据的准确性。 

　　为防止110 kV线路出口单相接地，相邻线路零序保护动作采取的措施：提高零序保护电流I段定值重新核算或者如果灵敏度不够应加装方向元件。