變壓器是變電站中的重要設備，設備的正常運行關系著電網的穩定和該站的可靠供電，為此，對主變的保護配置了多種保護，主要的就是有變壓器的主保護，如主變差動保護。后備保護，如過流保護和間隙保護，后備保護一般配置了雙重保護，就是為了變壓器發生故障時候要看可靠動作，跳開故障，保護變壓器。

1、變壓器中性點間隙保護

對于中性點直接接地的變壓器，裝設零序電流保護，作為接地短路故障的后備保護。對于中性點不接地的半絕緣變壓器，裝設間隙保護作為接地短路故障的后備保護。

所謂半絕緣變壓器即其中性點線圈的對地絕緣比其他部位低。所以中性點的絕緣容易被擊穿。在電力系統中，希望每條母線上的零序綜合阻抗盡量維持不變，這樣零序電流保護的保護范圍也比較穩定，因此接在母線上的幾臺變壓器的中性點采用部分接地，當中性點接地變壓器檢修時，中性點不接地的變壓器再將中性點接地，保持零序綜合阻抗不變。

這樣帶來了一個新的問題。如果發生單相接地短路時所有中性點接地的變壓器都先跳了，而中性點不接地的變壓器還在運行。這樣成了一個小接地電流系統帶單相接地短路運行，中性點的電壓將升高到相電壓，對于半絕緣變壓器中性點的絕緣會被擊穿。

在20世紀90年代，為確保變壓器中性點不被損壞，將變電站所有的變壓器零序過流保護的出口橫向聯系起來，去啟動一個公用出口部件。通常該出口部件叫做零序公用中間，當系統或變壓器內部發生接地故障時，中性點接地變壓器的零序電流保護動作，去啟動零序公用中間。零序公用中間啟動后，先去跳中性點不接地的變壓器，當故障仍然未消失時再跳中性點接地的變壓器。

運行實踐表明，上述保護方式存在嚴重缺點，容易造成全站或全廠一次切除多臺變壓器，甚至全站全廠大停電。另外，由于各臺變壓器零序過流保護之間有了橫向聯系，使保護復雜化，容易造成人為的誤操作，所以這種方法也不被使用。

為了避免系統發生接地故障時，中性點不接地變壓器由于某種原因中性點電壓升高造成中性點絕緣的損壞，在變壓器中性點安裝一個放電間隙，放電間隙的一端接地。當中性點電壓升高至一定值時，放電間隙擊穿接地，保護了變壓器中性點的絕緣安全。當放電間隙擊穿接地后，放電間隙處將流過一個電流，該電流由于在相當于中性點接地的線上流過，利用該電流可以構成間隙零序電流保護。

2、間隙保護的作用原理

2.1、原理接線

圖1 間隙保護原理接線圖

2.2、動作方程即邏輯框圖

保護邏輯框為圖2所示：

圖2 間隙保護邏輯框圖

從圖2可以看出：當間隙零序電流或電壓互感器開口三角零序電壓大于動作值時，保護動作，延時跳開變壓器各側斷路器。

3、事故分析

3.1事故前的運行情況

該110kV變電站接線方式為：220kV側為單母分段，35kV側為單母分段，10kV側為單母分段運行方式。故障前運行方式為：110kV184線一段運行、186線II段運行，分段180斷路器在合位，1號主變181上I段運行，2號變上II母運行。35kV384線、385線在35kVI段運行；35kVII段母線帶388線、389線運行，35kV母聯380斷路器在分位；10kVI段母線和II段母線分別帶母線上面的各出線間隔和電容器間隔，分段880在分位。一次系統的主接線方式如圖3所示。

圖3 變電站系統主接線簡圖

7月20日14時15分08秒，一號主變間隙電流動作，先后跳開了主變181斷路器和分段的180斷路器，屬于主變的后備保護，動作電流為1.67A，定值為1.25A，故障持續時間約30mS。

3.2 1號主變保護動作情況

7月20日14時15分08秒，1號主變后備1保護零序間隙保護動作，比率差動保護啟動，間隙零序電流為0.35Ie(定值為0.3 Ie)，后備2保護啟動，從錄波圖上看出110kV高壓側C相電壓忽然變大，產生了很大的過電壓，故障持續時間約50MS。后備保護在2時15分08秒634毫秒時動作。

間隙零序定值為1.67A，一時限位0.3秒，跳180斷路器，二時限為0.5秒，跳180斷路器和主變的三側181、381、881斷路器。零序電壓定值為150V，時間為0.5秒，跳主變三側斷路器。

根據濾波圖、保護啟動和動作情況，可以看出故障是短時性的故障，而且，發生故障后，故障忽然消失，而且故障的電壓是一個忽然大的電壓直接沖到了主變的高壓側。

當時的天氣情況是雨天，而且伴隨有很大的雷電，有可能是雷電直接沖到了線路上面或者是主變的I段母線上面，在主變的高壓側產生了瞬時的過高壓，直接使間隙電流放電，間隙零序保護動作，跳開了與母線相聯的主變斷路器181和分段斷路器180，線路184保護啟動了，但是故障很快的消失，184過流動作啟動。

到線路側檢查，發現該線路到站內的龍門架的架空線上面沒有安裝避雷器，該站為新投運變電站，在線路的安裝時沒有注意到避雷器的安裝重要性，導致在有雷電的時候，雷電沖擊線路上面，該高壓就順著線路一直進了變電站，而母線上面的避雷器沒有聯接好，導致雷電的高電壓從變壓器的高壓側中性點間隙放電，主變后備保護的間隙零序電流動作。

4、預防措施

（1）在高壓側的母線上各出線上面要安裝線路避雷器，這是該站設計上面的缺陷，只在母線上面安裝了避雷器，沒有在出線側安裝避雷器，這樣如有線路上的雷電就直接沖到了母線的避雷器和母線連接的設備上。

（2）運行實踐表明，曾因變壓器中性點放電間隙誤擊穿致使間隙保護動作的現象比較多。因此為了提高間隙保護的工作可靠性，正確地整定放電間隙的間隙距離是非常必要的

在計算放電間隙的間隙距離之前，首先要確定危及變壓器中性點安全的決定因素。即首先要根據變壓器所在的系統的正序阻抗及零序阻抗的大小，計算電力系統發生了接地故障又失去中性點接地時是否會危及變壓器中性點絕緣，如果不危及，應根據沖擊過電壓來選擇放電間隙的距離。

該站變壓器的間隙稍大，超過了15cm,按照規程要求，主網站的變壓器，在高壓側的中性點要求不接地運行時候，110kV變電站的變壓器間隙零序保護中的間隙要求在10-12cm之間，可是該變壓器超過了該間隙，事故后進行了更改。

（3）為了提高間隙保護的性能，間隙電流互感器的變比應較小，由于變壓器零序保護所用的零序電流互感器變比比較大,故間隙電壓互感器應單獨設置。且在投運是時候要進行變比級性試驗、高壓試驗，保證變壓器在運行的時候有間隙電流時候可以可靠的動作，來保護變壓器。

5、結論

變壓器后備保護零序間隙動作，保護了變壓器的安全的現象多次發生，可是每次發生的事故的原因都不太一樣，每次都要分析出事故的發生原因，多做事故的預想分析，這樣就可以在今后的安裝或設計時候避免同樣的事情發生。

本次事故的發生主要就是雷電的原因引起的，說明了設計時候沒有考慮到線路的雷電會沖到主變上面，引起主變的間隙零序動作。通過分析主變的跳閘原因，對今后變電站的設備設計和安裝做出一個提示，有很好的實際意義。

（編自《電氣技術》，作者為王晉。）