110 kV和220 kV变压器中性点过电压保护方式的选择

陆国俊

（广东省广电集团有限公司广州供电分公司，广东广州510600）

    摘　要：对于110 kV和220 kV变压器中性点的过电压保护，提出保护配置的原则，并在间隙动作试验数据的基础上，对各种保护方式进行了详细的分析和对比，提出选择意见。
    关键词：110 k V变压器；220 k V变压器；中性点；过电压保护

1　主变压器中性点过电压保护配置原则
　　由于电力系统运行的需要，110～220 k V有效接地系统的变压器中性点大部分采用不接地运行方式，变压器一般采用分级绝缘结构，绝缘水平相对较低，所以不接地运行的变压器中性点需要考虑对雷电过电压、操作过电压和暂时过电压的保护。
　　根据DL／T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的有关规定，提出以下保护配置意见：
　　a）对110 kV和220 k V有效接地系统中可能偶然形成的局部不接地系统（如接地变压器误跳开关等原因引起）、低压侧有电源的变压器不接地中性点应装设间隙保护。
　　b）经验算，如断路器因操作机构故障出现非全相和严重不同期产生的铁磁谐振过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运行时中性点不接地的 110 kV和220 k V变压器的中性点绝缘，宜在中性点装设间隙。
    c）变压器中性点间隙值的确定应综合考虑
　　———间隙的标准雷电波动作值小于主变压器中性点的标准雷电波耐受值；
　　———因接地故障形成局部不接地系统时间隙应动作；
　　———系统以有效接地方式运行、发生单相接地故障时，间隙不应动作。
2　变压器中性点保护配置方式的分析
　　根据以上配置原则，参照广东省电力试验研究所的试验数据，直径16 mm、水平布置、半球头圆钢的棒－棒间隙放电电压与间隙距离的关系见图1，在Ucp（1±σ）和U50％（1±σ）区间内放电的概率为99．7％［1］。
2．1　变压器中性点绝缘水平的选取
    根据GB 311.7-1998《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》，对3～220 k V油纸绝缘设备，耐受操作冲击电压的能力为耐受雷电冲击的0．83倍，其值远超过预期操作过电压水平，所以绝缘水平主要由雷电过电压决定，不需考虑操作过电压的影响。

　　取中性点绝缘老化累计安全系数为0．85，参考GB311．1—1997《高压输变电设备的绝缘配合》，取雷电冲击安全系数为0．714，工频电压安全系数为1．0，则中性点综合耐受雷电冲击裕度系数为0．6，综合耐受工频裕度系数为0．85。
　　主变压器中性点可能出现的最大暂时过电压见表1。

2．2　中性点保护的配置方式
　　我国变压器中性点保护方式一般有：单独间隙、单独避雷器、间隙与避雷器并联。下面结合常用中性点避雷器型号，对各种绝缘等级的变压器中性点保护方式（见表2）进行讨论。

2．2．1　35 kV绝缘等级
　　35 kV中性点绝缘水平为雷电冲击耐受电压185 k V，工频耐受电压85 k V；考虑安全系数后，绝缘水平为雷电冲击耐受电压111 kV，1 min工频耐受电压73 k V。
　　单独采用110 mm间隙时，间隙雷电冲击放电电压为93～112 k V，工频放电电压为47～57 k V。雷电冲击放电电压和工频放电电压均小于中性点绝缘水平，中性点有效接地系统最大暂时工频过电压下间隙不动作，中性点不接地系统最大暂时工频过电压下间隙动作，满足保护中性点的要求。推荐采用此保护配置方式。
　　单独采用Y1．5 W－48／109型避雷器时，避雷器可以耐受中性点有效接地系统最大暂时工频过电压，但裕度较小。在中性点不接地系统最大暂时工频过电压下，避雷器可能损坏。
　　110 mm间隙与Y1．5 W－48／109型避雷器并联时，满足保护中性点要求。但Y1．5 W－48／109型避雷器非标准型号，在避雷器残压作用下，间隙可能同时动作；在中性点工频电压为48～57 k V时，如间隙不动作，则避雷器有可能损坏。
2．2．2　44 kV绝缘等级
　　44 kV中性点绝缘水平为雷电冲击耐受电压250 k V，工频耐受电压95 k V；考虑安全系数后，绝缘水平为雷电冲击耐受电压150 kV，1 min工频耐受电压80 k V。
　　单独采用135 mm间隙时，间隙雷电冲击放电电压为104～124 k V，工频放电电压为52．6～63kV。雷电冲击放电电压和工频放电电压均小于中性点绝缘水平，中性点有效接地系统最大暂时工频过电压下间隙不动作，中性点不接地系统最大暂时工频过电压下间隙动作，满足保护中性点的要求。
　　单独采用Y1．5 W－60／144型避雷器时，避雷器额定电压为60 kV，雷电冲击残压为144 k V。避雷器耐受中性点不接地系统最大暂时工频过电压的裕度不足。
　　115 mm间隙与Y1．5 W－60／144型避雷器并联时，间隙雷电冲击放电电压为95～115 k V，工频放电电压为48～58 kV。该配置方式可以满足保护中性点要求。考虑到该绝缘等级中性点耐雷水平不高，为减少间隙动作对变压器的累计破坏程度，配置避雷器对变压器的保护来说效果更佳。推荐采用该保护配置方式。
2．2．3　60 kV绝缘等级中性点保护方式
　　60 kV中性点绝缘水平为雷电冲击耐受电压325 kV，工频耐受电压140 kV；考虑安全系数后，绝缘水平为雷电冲击耐受电压197 kV，1 min工频耐受电压119 k V。
　　单独采用145 mm间隙时，间隙雷电冲击放电电压为109～131 kV，工频放电电压为54～66kV。雷电冲击放电电压和工频放电电压均小于中性点绝缘水平，并有较大裕度，中性点有效接地系统最大暂时工频过电压下间隙不动作，中性点不接地系统最大暂时工频过电压下间隙动作，满足保护中性点要求。运行维护工作量少，推荐采用该保护配置方式。
　　单独采用Y1．5 W－72／186型避雷器时，避雷器额定电压为72 kV，雷电冲击残压为186 k V，可以耐受中性点有效接地系统最大暂时工频过电压。避雷器雷电冲击电流下的残压低于中性点雷电冲击耐受电压，满足保护中性点的要求。
　　115 mm间隙与Y1．5 W－72／186型避雷器并联时，115 mm间隙雷电冲击放电电压为95～115kV，工频放电电压为48～58 k V。在避雷器残压作用下，间隙可能同时动作，该保护配置方式满足保护中性点的要求。400 kV，工频耐受电压200 kV；考虑安全系数后，绝缘水平为雷电冲击耐受电压240 kV，1 min工频耐受电压170 k V。
　　单独采用275 mm间隙时，间隙雷电冲击放电电压为195～234 kV，工频放电电压为99～120kV。雷电冲击放电电压和工频放电电压均小于中性点绝缘水平，中性点有效接地系统最大暂时工频过电压下间隙不动作，中性点不接地系统最大暂时工频过电压下间隙动作，满足保护中性点的要求。
　　单独采用Y1．5 W－144／320避雷器时，避雷器额定电压为144 k V，雷电冲击残压为320 k V，避雷器可以耐受中性点有效接地和不接地系统最大暂时工频过电压，避雷器雷电冲击电流残压高于中性点雷电冲击耐受电压，但考虑到中性点安全系数裕度较大，所以估计对中性点绝缘的影响不大。
　　290 mm间隙与Y1．5 W－144／320避雷器并联时，间隙雷电冲击放电电压为216～259 k V，工频放电电压为104～125 kV。该保护配置方式可以满足保护中性点要求。考虑220 kV变压器的重要性，推荐使用该保护配置方式。
3　结束语
　　按照以上推荐的保护配置方式对变压器中性点进行过电压保护，基本可以保证间隙和避雷器能按规程规定的原则动作。广东省广电集团有限公司广州供电分公司近年来按以上推荐的保护配置方式对变压器中性点保护装置进行改造后，没有发生过中性点间隙误动或避雷器故障等现象。

参考文献：
［1］彭向阳，李谦，钟定珠．广东电网110 kV、220 kV变压器中性点保护方式探讨［J］．广东电力，2000，13（2）：25—27，46．
［2］解广润．电力系统过电压［M］．北京：水利电力出版社，1991．
［3］要焕年，曹梅月．电力系统谐振接地［M］．北京：中国电力出版社，2000．