吳斌

摘 要：文章介紹了110kV主變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓的各種可能情況，對(duì)各類(lèi)過(guò)電壓保護(hù)方式作了分析和對(duì)比，介紹了110kV主變中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)配置的相關(guān)原則。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)；過(guò)電壓；放電間隙；絕緣水平

1 引言

110kV系統(tǒng)屬于中性點(diǎn)有效接地的大接地電流系統(tǒng)。為防止通信干擾，滿足繼電保護(hù)配置要求，并考慮到單相短路時(shí)的短路電流以及零序電壓水平，通常只讓部分110kV變壓器中性點(diǎn)直接接地，而多數(shù)110kV變壓器的中性點(diǎn)并不直接接地運(yùn)行。不接地變壓器的中性點(diǎn)在運(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)受到雷電、操作、工頻等各類(lèi)過(guò)電壓的影響。另外，110kV及以上變壓器一般使用分級(jí)絕緣，中性點(diǎn)處的絕緣水平往往比較薄弱。因此在實(shí)際運(yùn)行中，常常需要對(duì)不接地變壓器的中性點(diǎn)進(jìn)行過(guò)電壓保護(hù)措施。本文分析了變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓現(xiàn)象及相關(guān)保護(hù)方式，討論了主變中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)相關(guān)配置原則。

2 中性點(diǎn)的過(guò)壓情況分析

電力系統(tǒng)的過(guò)電壓現(xiàn)象一般可分為三種情況：（1）雷電過(guò)電壓；（2）操作過(guò)電壓；（3）暫時(shí)過(guò)電壓，即工頻過(guò)電壓或諧振過(guò)電壓。

中性點(diǎn)不接地的變壓器，在雷電波從線路到達(dá)變壓器中不接的地中性點(diǎn)時(shí)，雷電波可能在中性點(diǎn)發(fā)生全反射，并產(chǎn)生幅值很高的雷電過(guò)電壓，危及變壓器中性點(diǎn)絕緣。標(biāo)準(zhǔn)的雷電波形并不一定都是由雷電發(fā)出，比如，單相接地時(shí)，可能在非接地相上產(chǎn)生出近似于雷電過(guò)電壓的短波前。對(duì)中性點(diǎn)雷擊過(guò)電壓，可以采用避雷器保護(hù)，一般按照變壓器的標(biāo)準(zhǔn)雷電波耐受水平，并考慮絕緣老化的累計(jì)效應(yīng)乘以系數(shù)0.85，得到的實(shí)際絕緣耐受水平大于避雷器的標(biāo)稱(chēng)雷電沖擊放電電壓或殘壓。

暫時(shí)過(guò)電壓主要由單相接地故障和諧振等造成。在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，在不失去有效接地的情況下，一般單相接地故障的非故障相工頻過(guò)電壓不會(huì)超出線電壓的80%。但在110kV終端站中，不接地變壓器實(shí)際上形成了一個(gè)局部不接地系統(tǒng)，若單相間歇性電弧接地故障發(fā)生，按最高電壓126kV計(jì)算，主變中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓能達(dá)到73kV，暫態(tài)電壓則能達(dá)到132kV。

操作過(guò)電壓一般是因?yàn)槔^電保護(hù)誤動(dòng)或運(yùn)行人員誤操作，使系統(tǒng)成為帶單相接地的中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，造成變壓器中性點(diǎn)的穩(wěn)定電壓升高至相電壓。操作過(guò)電壓主要發(fā)生在空載線路以及變壓器的開(kāi)斷、重合等情況，包括當(dāng)成功和非成功的重合前線路曾經(jīng)發(fā)生單相接地時(shí)110kV線路的重合閘；開(kāi)斷空載變壓器使斷路器強(qiáng)制熄弧截流產(chǎn)生的過(guò)電壓；隔離開(kāi)關(guān)，尤其是操作GIS變電站空載母線時(shí)發(fā)生的重?fù)舸r(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓。以上情況都可能發(fā)生嚴(yán)重的過(guò)電壓，尤其是在雙側(cè)電源環(huán)境的斷路器非全相重合中性點(diǎn)不接地變壓器中，嚴(yán)重時(shí)中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓將達(dá)到126kV。

3 過(guò)壓保護(hù)配置方式

3.1 單獨(dú)采用間隙保護(hù)

棒-棒放電間隙屬于極不均勻電場(chǎng)，從圖1的下面的特性曲線中可以看出，放電間隙在雷電過(guò)電壓、操作過(guò)電壓及工頻過(guò)電壓情況下都能對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)。另外，采用放電間隙保護(hù)的方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、運(yùn)行維護(hù)量小的優(yōu)點(diǎn)。在110kV有效接地系統(tǒng)中可能形成局部不接地系統(tǒng)，且有可能產(chǎn)生較高的工頻過(guò)電壓，這時(shí)，應(yīng)該在變壓器不接地的中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)間隙。

對(duì)變壓器中性點(diǎn)的過(guò)電壓情況單獨(dú)采用棒間隙保護(hù)是允許的，也在一些實(shí)際方案中得到了采用。但是這種方法在絕緣配合以及躲避單相接地的暫態(tài)過(guò)電壓?jiǎn)栴}時(shí)矛盾較為突出。而且放電間隙保護(hù)存在參數(shù)確定較為困難，放電分散性大，工頻續(xù)流較大以及滅弧能力較差等缺點(diǎn)。對(duì)于放電電壓分散性較大，放電后無(wú)法熄滅中性點(diǎn)持續(xù)工頻電弧等情況，通常要在經(jīng)過(guò)放電間隙的接地回路中連上零序電流保護(hù)，依靠斷路器跳閘來(lái)滅弧，但這會(huì)造成跳閘停電的問(wèn)題。放電間隙在持續(xù)時(shí)間很短的雷電過(guò)電壓作用時(shí)，放電電壓要比作用時(shí)間較長(zhǎng)的工頻放電電壓要高的多，因此與變壓器存在著伏秒特性配合較難的問(wèn)題。由于放電間隙放電的弧電阻很小，其放電后形成截波的波尾極陡，對(duì)變壓器的線圈縱絕緣有較大的威脅，所以在變壓器中性點(diǎn)中一般不宜單獨(dú)使用放電間隙。另外，不對(duì)稱(chēng)接地短路故障情況下，靠繼電保護(hù)切除故障時(shí)，存在工頻零序電流沖擊主變，其間隙放電的截波對(duì)主變的縱絕緣也會(huì)產(chǎn)生影響。

3.2 單獨(dú)采用避雷器保護(hù)

安裝在主變中性點(diǎn)的避雷器，主要能保護(hù)雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓，對(duì)部分工頻過(guò)電壓能也有一定的限制作用。避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性，陡波響應(yīng)特性較好，殘壓隨沖擊電流波頭的時(shí)變特性平穩(wěn)，不存在間隙的擊穿和滅弧問(wèn)題，而且避雷器通流容量大、無(wú)續(xù)流、動(dòng)作迅速、對(duì)主變沖擊小。但避雷器不能防護(hù)工頻過(guò)電壓，在較高的工頻過(guò)電壓下，常常自身難保；對(duì)于持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，超過(guò)其額定電壓的暫時(shí)過(guò)電壓（如工頻過(guò)電壓和諧振過(guò)電壓）也無(wú)能為力；另外避雷器保護(hù)需進(jìn)行定期的預(yù)防性試驗(yàn)，造成維護(hù)工作量大。

避雷器保護(hù)使用的主要有無(wú)間隙的氧化鋅避雷器和有間隙的普閥避雷器。氧化鋅避雷器與普閥避雷器相比有更多多優(yōu)點(diǎn)，更適合用于中性點(diǎn)非直接接地的主變中性點(diǎn)。不管使用哪一種避雷器都要求其額定電壓不低于避雷器安裝點(diǎn)的暫時(shí)過(guò)電壓，而終端站110kV變壓器中性點(diǎn)避雷器的額定電壓則一般不應(yīng)低于72.7kV。如果避雷器的額定電壓過(guò)低，在線路單相接地，主變失去中性點(diǎn)的過(guò)電壓出現(xiàn)后，閥式避雷器將無(wú)法滅弧而爆炸；氧化鋅避雷器也會(huì)因?yàn)樵谝淮芜^(guò)電壓下吸收能量過(guò)多而劣化損壞。如果額定電壓過(guò)高，相應(yīng)的沖擊放電電壓和殘壓將會(huì)增大，會(huì)使保護(hù)設(shè)備的限壓效果變壞。

3.3 采用避雷器并聯(lián)間隙保護(hù)

由前面的分析可知，單獨(dú)采用放電間隙或者單獨(dú)采用避雷器來(lái)保護(hù)主變中性點(diǎn)絕緣是不可取的，應(yīng)該充分利用各自的優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)長(zhǎng)避短來(lái)進(jìn)行保護(hù)。避雷器并聯(lián)間隙保護(hù)是一種行之有效的方法。在該方法中，工頻過(guò)電壓和操作過(guò)電壓由間隙承擔(dān)，雷電過(guò)電壓和暫態(tài)過(guò)電壓由避雷器承擔(dān)，采用間隙來(lái)限制避雷器上可能出現(xiàn)的幅值過(guò)高的工頻過(guò)電壓以及過(guò)高的殘壓。這種方式既能對(duì)變壓器的中性點(diǎn)起到保護(hù)作用，又能使間隙和避雷器形成相互保護(hù)。但避雷器并聯(lián)間隙保護(hù)方案在間隙與避雷器配合時(shí)，間隙的距離不大容易控制。距離既不能太小，以防在接地暫態(tài)過(guò)電壓下，造成保護(hù)裝置過(guò)多的動(dòng)作；也不能太大，否則將起不到限制工頻過(guò)電壓及保護(hù)避雷器的效果。

避雷器并聯(lián)間隙的選擇一般要滿足下面兩式的要求：

避雷器并聯(lián)間隙的選擇方法如下：

首先，根據(jù)被保護(hù)變壓器的中性點(diǎn)的耐受雷電電壓水平Uln值，由式（1）選擇出合適的避雷器，從而確定避雷器的峰值等效電壓值Uk的大小。

然后根據(jù)式（1）選擇適當(dāng)距離的間隙，從而確定了間隙的負(fù)極性的50%雷電放電電壓-U50%，然后檢查Uln，<-U50%的條件是否被滿足并具有一定的裕度。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了110kV變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)可能出現(xiàn)的過(guò)電壓形式，分析了單用棒間隙保護(hù)和單用避雷器保護(hù)變壓器中性點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)和不足，討論了避雷器并聯(lián)間隙保護(hù)的配置方案及其實(shí)施方式。對(duì)局部不接地情況下110kV變壓器及220kV變壓器的中性點(diǎn)保護(hù)配置具有一定的參考價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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