110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護
發布時間：2019-07-12 11:30:28來源：
繼電保護110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護主要研究過電壓對110kv分級絕緣變壓器中性點的影響及相應的過電壓保護措施。通過對中性點過電壓的種類、高低和危害進行分析，將變壓器中性點避雷器、間隙保護和二次繼電保護結合起來作了合理配置和整定。對黃丹水電有限公司變壓器中性點過電壓保護配置進行了分析，其配置不夠合理的結論為改進提供了依據。
王成章/四川海能黃丹水電有限公司過電壓過電壓保護采用分級絕緣的變壓器，繞組中性點的絕緣水平比繞組首端低。對110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓的防護，通常采用變壓器中性點裝設避雷器和放電間隙，并與繼電保護配合的方法。
黃丹水電有限公司（以下簡稱黃丹電廠）1995年投產的兩臺110kV主變壓器均為內江德華變壓器有限責任公司生產，其中1主變壓器型號為SFS8?25000/110.110kV變壓器中性點采用GW8?60G/400型中性點隔離開關，其放電間隙為100雷器為丫1賈1一73/200型皿0人避雷器。中性點接地與間隙零序電流保護用電流互感器型號為LW1?10型，電流比為100/5.本文要解決110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護的合理配置問題。通過對變壓器中性點過電壓的種類、高低和危害進行分析，對黃丹電廠110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護配置的避雷器、放電間隙和二次繼電保護進行探討，為改進提供依據。
110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓的種類及相應保護的配置原則電力系統中的過電壓分為雷電過電壓和內部過電壓兩大類。雷電過電壓是在雷云放電時產生的。內部過電壓是由于系統內部的原因引起的，可分為工頻過電壓、諧振過電壓以及操作過電壓。110kV分級絕緣變壓器中性點絕緣對于雷電過電壓通常用避雷器來保護，對于內部過電壓通常采用棒間隙配以間隙零序電流保護。
雷電過電壓及保護措施變壓器的絕緣水平是按高壓、中壓和低壓繞組的順序列出耐受電壓值（沖擊水平在前）來表示的，其間用斜線分隔開。
分級絕緣的中性點絕緣水平加橫線列于其線端絕緣水平之后。黃丹電廠1主變壓器緣水平為LI250AC95，其中LI表示雷電沖擊耐受電壓（kV），AC表示短時工頻耐受電壓（kV）。
根據中性點絕緣水平為LI250AC95，可知中性點絕緣為44kV水平。考慮到變壓器運行了15年，取中性點絕緣老化累計安全系數為0.85，GB 311.11997高壓輸變電設備的絕緣配合，取雷電沖擊安全系數為0.714，工頻電壓安全系數為1.0，據此計算出中性點綜合耐受雷電沖擊裕度系數為0.6，綜合耐受工頻裕度系數為0.85.則中性點絕緣雷電沖擊耐受電壓為250kVx0.6=150kV，1min工頻耐受電壓為95kVx0.85=80.75kV.根據四川省電力公司川電生技2005 147號文件關于印發四川電網防止雷過電壓事故措施實施意見的通知，對110kV分級絕緣變壓器中性點絕緣水平為44kV的應采MOA避雷器，避雷器的技術參數如下表所示。
表避雷器參數避雷器持直流1mA殘壓峰值不大于/kV額定電壓型號續運行電壓/kV（有效值）不小于/kV（有效值）雷電沖擊電流操作沖擊電流從上表可知其雷電沖擊電流殘壓為不大于144kV，低于變壓器中性點雷電沖擊耐受電壓150kV，避雷器能夠很好地防護雷電過電壓對變壓器中性點的沖擊。
內部過電壓及保護措施內部過電壓分為工頻過電壓、諧振過電壓以及操作過電壓。工頻過電壓對于110 kV分級絕緣變壓器中性點主要表現為發生單相接地時的過電壓。諧振過電壓對于變壓器中性點主要是有雙側電源的變壓器，在非全相分合閘時，由于兩側電源的不同步在變壓器中性點上可能出現的過電壓。
在DL/T50901999冰力發電廠過電壓保護和絕緣配合設計技術導則中規定：220 kV及以下系統中，由于絕緣水平較高，能承受可能出現的操作過電壓，一般不采取限制措施，故本文不探討操作過電壓對110kV分級絕緣變壓器中性點的影響及相應保護措施。
工頻過電壓對110kV分級絕緣變壓器中性點的影響及保護措施kV變壓器并列運行，一臺中性點接地時發生單相接地當兩臺110kV變壓器并列運行，一臺中性點接地時發生單相接地，不接地變壓器的中性點上將產生位移電壓。不接地變壓器中性點位移電壓的穩態值（有效值）U.與系統的零序電抗X.及正序電抗有關=/，K為系統不平衡系數，等于零序電抗X0與正序電抗的比值；Um為系統比較高電壓，取1.15倍額定電壓。
保護和絕緣配合中，條款3.1.1明確規定：110~500kV系統應該采用有效接地方式，即系統在各種條件下應該使零序與正序電抗之比（Xd/XD為正值并且不大于3.在K=X0/X=3時，變壓器中性點電位比較高，其穩態值（有效值）為U=/V3 =43.82kV在系統單相接地時中性點電位趨于穩態值之前有一振蕩過程，振蕩的幅度與變壓器繞組方式有關。對于糾結式繞組及連續式繞組變壓器振蕩的幅度有效值分別可達1.5及1. 8倍的穩態值，持續時間約10個周波左右，即0.2s.由此可知中性點暫態電位比較大值（峰值）為糾結式繞組變壓器U0m=Tx1.5x43.82kV=92.96kV連續式繞組變壓器可見當110kV系統在正常運行方式下發生單相接地故障時（K3），不接地變壓器中性點穩態電壓比較高值U.=43.82kV，小于變壓器中性點絕緣允許長期施加的工頻電壓（1.15 X44kV=50.6kV），也小于MOA避雷器額定電壓60kV.暫態電位比較大峰值Um =115.55kV，大大低于變壓器中性點沖擊耐受電壓水平150kV，也低于MOA避雷器的操作沖擊殘壓135kV.此時，對中性點絕緣不會構成威脅，對MOA避雷器也幾乎沒有影響，故無需采取限制措施。
（2）變壓器低壓側有電源的局部不接地系統帶有單相接地如果系統單相接地時接地變壓器側斷路器跳閘，不接地變壓器側斷路器拒動，便使得低壓側帶有電源、中性點不接地的變壓器形成了一個局部不接地系統，其不平衡系數K=，則中性點電位穩態值（有效值）為04kV中性點暫態電位比較大值（峰值）為糾結式繞組變壓器連續式繞組變壓器2011年11月上。電力電氣。57可見由于單相接地故障而形成局部不接地系統時（K?m），不接地變壓器中性點上的穩態電壓將上升到相電壓73.04 kV，遠大于變壓器中性點絕緣允許長期施加的工頻電壓（1.15x44kV=50.6kV），該電壓對于中性點絕緣威脅很大，對線端絕緣也很不利。同時還超過MOA避雷器的額定電壓60 kV，將引起MOA避雷器泄漏電流劇增，加速其發熱老化，影響其性能及壽命，甚至可能由于工頻過電壓較長時間的作用引起MOA避雷器爆炸。暫態電位比較大峰值U0m=185.93kV，也高于變壓器中性點沖擊耐受電壓水平150 kV，對中性點絕緣構成嚴重威脅。這就需要棒間隙配以間隙零序電流保護來實現對變壓器中性點的保護，此時棒間隙保護應能可靠動作，以保護變壓器中性點及線端絕緣，同時保護避雷器。
諧振過電壓對110kV分級絕緣的變壓器中性點影響及保護措施諧振過電壓包括線性諧振和非線性（鐵磁）諧振過電壓，一般因操作或故障引起系統元件參數出現不利組合而產生。有雙側電源的變壓器在非全相分合閘時，由于兩側電源的不同步在變壓器中性點上可出現接近于2.0倍相電壓（即2Um/=146.07kV）的過電壓，如產生鐵磁諧振，則會出現更高的過電壓，一般不超過1.5 ~2.5倍相電壓，個別可達到3.5倍相電壓。
這種情況下的過電壓遠大于變壓器中性點絕緣允許長期施加的工頻電壓（1.15 x44kV=50.6kV），也大大超過避雷器的額定電壓60kV.因為諧振過電壓一般具有工頻性質，持續時間長，故不能用避雷器來限制，這就需要棒間隙保護可靠動作，來保護變壓器中性點絕緣，同時也保護避雷器。
在工頻電壓作用下，間隙50%工頻擊穿電壓應滿足以下兩個條件：1）工頻電壓作用下，放電間隙耐受電壓應大于電網單相接地而引起的中性點電位升高的峰值-U0 2）系統發生接地故障時，當中性點接地變壓器跳閘后，帶電源的中性點不接地變壓器仍保留在故障電網中，110kV系統變成一個不接地系統，電網零序電壓升高（故障點零序電壓比較高可達到相電壓），在對變壓器絕緣有較大危害情況下，放電間隙應能動作放電，降低對地電壓，防止變壓器絕緣破壞。同時，配合繼電保護切除變壓器，即確保間隙擊穿電壓低于額定相電壓峰值（即T%=/V3=Um/（1-3a）Kc 繼電保護及整定值的選擇kV分級絕緣變壓器中性點裝設間隙保護時，可裝設反應間隙放電的零序電流保護。當電力網單相接地且失去接地中性點時，若放電間隙未擊穿，則變壓器零序電壓（取自110kV母線電壓互感器）保護動作，零序過電壓保護整定值一s延時動作斷開變壓器各側斷路器。若放電間隙擊穿零序電流保護動作，則經0~5s動作斷開變壓器各側斷路器，零序元件3/.的一次動作電流，一般可取100A或者更小。黃丹電廠現在間隙零序電流動作時限整定為0.5s.黃丹電廠110kV變壓器中性點過電壓保護存在的問題及改進黃丹電廠主變壓器中性點過電壓保護配置：Y1W1?73/200MOA避雷器并聯100~115mm放電間隙。與川電生技2005 147號文件要求用Y1.5W?60/144避雷器相比，Y1W1?73/200避雷器額定電壓高，但其雷電沖擊殘壓200kV超過變壓器中性點雷電沖擊耐受電壓水平150 kV，Y1W1?73/200型避雷器對中性點可能遭受的雷電過電壓不能起到很好的保護作用，可更換為Y1.5W?60/144避雷器。并聯間隙選取100~115mm偏小，容易導致水平棒間隙頻繁擊穿而使間隙零序電流保護動作切除變壓器，降低了供電可靠性，可將并聯間隙調整為135 mm，前面己闡述了調整為135mm放電間隙能夠滿足變壓器中性點保護的要求。 間隙調整為135mm后，變壓器中性點遭受雷電過電壓時，避雷器與棒間隙保護仍有可能同時動作。為防止中性點放電間隙在瞬時暫態過電壓下誤擊穿，導致保護裝置誤動作，根據實際情況，動作時間可適當延長，按與線路保全線有靈敏度段動作時間配合整定。根據川電生技2005 147號文件，變壓器中性點零序電壓和間隙零序電流保護的動作時間宜分別整定。當間隙零序電流不超過變壓器對應線圈額定電流的3倍時，其間隙零序電流保護的動作時間可以延長至5s.黃丹電廠可考慮與相鄰線路零序n段時限配合，整定為1.5s.這樣中性點遭受雷電過電壓后就由避雷器動作來進行保護，避免間隙零序電流保護動作切除變壓器。 結束語本文主要研究了過電壓對110kV分級絕緣變壓器中性點的影響，并將變壓器中性點避雷器、間隙保護和二次繼電保護結合起來進行合理配置和整定，從而解決了110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓的防護問題。通過分析研究得出了如下結論：在保護配置中，避雷器和放電間隙各司其職，同時又相互配合；二次繼電保護的整定值要與系統中其他設備保護且配合，確保選擇性。實際應用中存在的問題是放電間隙因受環境因素的影響，在與避雷器配合的過程中仍可能有誤動。 下一步在調整后密切追蹤保護動作情況，繼續驗證避雷器、放電間隙及二次繼電保護的配合對110kV變壓器中性點過電壓防護的可靠性。