110KV主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方式的探討

  【摘要】簡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?紤]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:

 、賹(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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