110KV主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方式的探討
【摘要】簡(jiǎn)要介紹了主變壓器中性點(diǎn)過電壓情況，對(duì)各種保護(hù)方式及存在問題作了分析，建議實(shí)際運(yùn)行時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同絕緣水平的變壓器中性點(diǎn)采用不同的過電壓保護(hù)方式。
【關(guān)鍵詞】主變壓器；中性點(diǎn)；過電壓保護(hù)；配置
l．引言
110KV電力系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)，為統(tǒng)籌考慮單相短路時(shí)的短路電流和零序電壓水平，部分110KV變壓器的中性點(diǎn)采取不接地的運(yùn)行方式，不接地變壓器的中性點(diǎn)在運(yùn)行中可受到雷電、操作及工頻等各種過電壓的作用。由于110KV及以上變壓器通常為分級(jí)絕緣，中性點(diǎn)的絕緣水平較薄弱，因此在實(shí)際運(yùn)行中必須采取各種方式對(duì)不接地變壓器的中性點(diǎn)進(jìn)行過電壓保護(hù)。
國(guó)家頒標(biāo)準(zhǔn)DL／T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》提出以裝設(shè)間隙保護(hù)為主，某些情況下可裝設(shè)避雷器，而對(duì)間隙并聯(lián)避雷器這種保護(hù)方式未加評(píng)議。下面就變壓器中性點(diǎn)過電壓的實(shí)質(zhì)及各種保護(hù)方式的分析，提出主變中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方式的實(shí)施意見。
2．變壓器中性點(diǎn)過電壓情況及中性點(diǎn)的絕緣水平
在實(shí)際運(yùn)行中，變壓器中性點(diǎn)常見的過電壓主要有大氣過電壓、系統(tǒng)單相接地在中性點(diǎn)引起的過電壓及非全相運(yùn)行在中性點(diǎn)引起的過電壓等。
2．1非全相運(yùn)行時(shí)變壓器中性點(diǎn)過電壓
電網(wǎng)中由于斷路器的非同期重合閘、非全相動(dòng)作、導(dǎo)線斷線等原因，均會(huì)在不接地變壓器的中性點(diǎn)上產(chǎn)生過電壓。如果變壓器單相運(yùn)行，中性點(diǎn)工頻穩(wěn)態(tài)過電壓為Uxg；如果兩相運(yùn)行，工頻穩(wěn)態(tài)過電壓為Uxg／2，有兩側(cè)電源的變壓器在非全相運(yùn)行時(shí)可能產(chǎn)生的差頻過電壓為2Uxg。
2．2變壓器中性點(diǎn)絕緣水平
我國(guó)110KV電網(wǎng)中的主變壓器通常為分級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，主變中性點(diǎn)主要采取了60KV，44KV，35KV等3種絕緣等級(jí)，表1為變壓器各絕緣水平中性點(diǎn)的雷電耐受電壓值Ugn和工頻耐受電壓值UIn�！ �
3．變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方式的選擇
目前，變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)主要采用間隙保護(hù)、避雷器保護(hù)、間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)3種方式。雖然在各種過電壓保護(hù)規(guī)程中對(duì)變壓器中性點(diǎn)的過電壓保護(hù)均有所闡述，但都未對(duì)不同絕緣水平的變壓器中性點(diǎn)的過電壓保護(hù)方式作出具體的說明。因此，在實(shí)際運(yùn)用中各變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)配置以及避雷器和間隙的規(guī)格都不盡相同。
3．1單獨(dú)采用間隙保護(hù)
間隙的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行維護(hù)量小，在雷電、操作和工頻過電壓下都可對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)；缺點(diǎn)是間隙參數(shù)確定較為困難，放電分散性大，保護(hù)性能一般，工頻續(xù)流較大，滅弧能力差，靠繼電保護(hù)切除故障，在系統(tǒng)有不對(duì)稱接地短路故障時(shí)有較大和較長(zhǎng)時(shí)間的工頻零序電流沖擊主變，另外間隙放電產(chǎn)生的截波對(duì)主變的縱絕緣也有一定的影響。實(shí)測(cè)各種間隙的工頻平均放電電壓Ucp。和負(fù)雷電沖擊50％放電電壓—U50％如表2所示�！�
間隙的選擇要求其工頻平均放電電壓Ucp，應(yīng)低于變壓器中性點(diǎn)的工頻耐壓Ugn，高于系統(tǒng)單相接地時(shí)中性點(diǎn)的最高工頻過電壓（Ugd=43．8KV）；而間隙的雷電50％放電電壓（負(fù)極性）應(yīng)低于變壓器中性點(diǎn)的雷電沖擊耐壓并留有一點(diǎn)裕度，在保證裕度的情況下，應(yīng)盡量加大間隙距離，以減少間隙的動(dòng)作次數(shù)。下面就各種絕緣水平的變壓器中性點(diǎn)進(jìn)行分析。
3．1．160KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)
中性點(diǎn)絕緣水平為60KV級(jí)的變壓器，如果配140mm的間隙，工放電壓Ucp=59KV小于變壓器中性點(diǎn)140KV的工頻耐受電壓（見表1），大于系統(tǒng)接地時(shí)的最高工頻電壓Ugd（43．8KV）；而雷電沖擊放電電壓一U5o％=116KV，低于變壓器中性點(diǎn)325KV的雷電耐受電壓；工頻和沖放都有很大裕度，推算間隙在170mm也沒問題，此時(shí)間隙在工頻69．3KV，沖擊在131KV放電還有很大保護(hù)裕度。為避免間隙動(dòng)作頻繁，建議間隙距離取170mm。
3．1．244KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)
44KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)，可配140mm間隙，Ucp=59KV小于中性點(diǎn)的工頻耐受95KV，－U5o％=116KV小于中性點(diǎn)的雷電耐受250KV，具有一定裕度，絕緣配合沒問題。考慮其他因素，通常裕度值取1．05～1．15即可。
3．1．335KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)
對(duì)于35KV級(jí)絕緣水平中性點(diǎn)，配130mm間隙，其工頻放電電壓Ucp=56．6KV，沖擊放電電壓－U5o％=113．9KV，與表1中中性點(diǎn)為35KV級(jí)絕緣水平的雷電沖擊耐受和工頻耐受電壓配合也不存在問題。
3．2單獨(dú)采用避雷器保護(hù)
避雷器的優(yōu)點(diǎn)是具有優(yōu)異的非線性伏安特性，殘壓隨沖擊電流波頭時(shí)間變化的特性平穩(wěn)，陡波響應(yīng)特性好，無間隙的擊穿和滅弧問題，通流容量大，無續(xù)流，動(dòng)作迅速，對(duì)主變沖擊��；缺點(diǎn)是不能防護(hù)工頻過電壓，而且在較高的工頻過電壓下，往往自身難保，需定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，維護(hù)工作量較大。
避雷器的選擇要求是避雷器的沖擊殘壓Uc應(yīng)低于變壓器中性點(diǎn)的雷電沖擊耐壓U1n并有一定的裕度，避雷器的峰值等效電壓Uk應(yīng)不低于中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大工頻過電壓，否則需并聯(lián)間隙。
3．2．160KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)
對(duì)于絕緣水平為60KV級(jí)中性點(diǎn)，過電壓保護(hù)可用Y1W—73／200型避雷器，變壓器的中性點(diǎn)和避雷器均能承受1倍相電壓的短時(shí)工頻過電壓。即設(shè)備的雷電耐受電壓水平為258KV即可滿足要求，由表1可知變壓器中性點(diǎn)的雷電耐受電壓U1n為325KV，具備一定的保護(hù)裕度。
3．2．244KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)
對(duì)于44KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)，可用Y1W—60／144型避雷器，殘壓U為144KV，Uc=1．1×（1．1Uc+15）=190．7KV，小于250KV的中性點(diǎn)耐受電壓；但其承受1倍相電壓的短時(shí)工頻電壓較困難。若選用Y1W—73／200型避雷器，則避雷器較為安全；但主變中性點(diǎn)沖擊耐壓保護(hù)裕度降低，顯然不應(yīng)降低主變的保護(hù)裕度來保護(hù)避雷器。故對(duì)于44KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)，若單獨(dú)選用避雷器作為過電壓保護(hù)方式，則存在避雷器參數(shù)選擇上的困難，建議不要單獨(dú)使用。
3．2．335KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)
35KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)可用Y1W—48／109型避雷器，殘壓（Uc=109KV）對(duì)于主變中性點(diǎn)雷電耐受電壓（U1n=185KV）來說，具有一定的裕度；但工頻穩(wěn)態(tài)過電壓（Ugd=43．8KV）損壞避雷器的可能性較大，對(duì)避雷器運(yùn)行不利，不要單獨(dú)使用。
3．3避雷器并聯(lián)間隙保護(hù)
避雷器并聯(lián)間隙的保護(hù)分工是：工頻、操作過電壓由間隙承擔(dān)，雷電、暫態(tài)過電壓由避雷器承擔(dān)，同時(shí)又用間隙來限制避雷器上可能出現(xiàn)的過高幅值的工頻過電壓和過高的殘壓。這種方式既對(duì)變壓器中性點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，又起到互為保護(hù)的目的；但間隙與避雷器配合時(shí)，間隙的距離大小較難掌握。間隙距離不能太小，以防止在接地暫態(tài)過電壓下動(dòng)作，引起保護(hù)裝置過多動(dòng)作；同時(shí)間隙也不能太大，否則起不到限制工頻過電壓、保護(hù)避雷器的作用。
選擇Y1W—48／109型避雷器，Uc=109KV，小于185KV，有一定裕度，min[Uk，Ugn]=min[48，85]=48KV；Ugd=43．8KV，所以選擇間隙滿足43.8KV<Ucp<48KV，由表2知，應(yīng)選擇小于100mm的間隙，此時(shí)間隙的一U5o％<Uc，避雷器在雷電沖擊下的動(dòng)作概率不高，發(fā)揮的作用不大，且要間隙保護(hù)避雷器則很難躲過有效接地方式下發(fā)生單相接地故障時(shí)中性點(diǎn)產(chǎn)生的工頻過電壓，即在系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時(shí)，間隙頻繁動(dòng)作，改變了整個(gè)系統(tǒng)的綜合零序電抗值，影響系統(tǒng)的短路容量和繼電保護(hù)的正確動(dòng)作。因此，對(duì)于此類中性點(diǎn)絕緣較為薄弱的變壓器，單獨(dú)使用Y1W—48／109型避雷器，則存在單相接地時(shí)的工頻穩(wěn)態(tài)過電壓損壞避雷器的情況；使用間隙并聯(lián)避雷器則存在參數(shù)配合的問題；采取單獨(dú)間隙作為中性點(diǎn)的過電壓保護(hù)方式，由于間隙保護(hù)自身的缺點(diǎn)，對(duì)中性點(diǎn)絕緣為35KV的變壓器并不合適。因此建議此類變壓器最好中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，或者用距離為100～130mm的間隙。
4．結(jié)論
根據(jù)分析和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)110KV主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方式的選擇及裝置的配置作如下建議：
①對(duì)于60KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)保護(hù)，可直接用Y1W—73／200型避雷器，也可用Y1W—73／200型避雷器并聯(lián)170mm的間隙；
�、趯�(duì)于44KV級(jí)絕緣水平的中性點(diǎn)保護(hù)，可用距離在130～140mm的間隙，也可用Y1W—60／144型避雷器并聯(lián)140mm的間隙；
�、蹖�(duì)于中性點(diǎn)絕緣水平是35KV的變壓器，由于絕緣設(shè)計(jì)上存在弱點(diǎn)，為防止變壓器事故，可盡量考慮讓此類變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，或用距離為100～130mm的間隙。
參考文獻(xiàn)
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