330kV升压变压器中性点保护问题讨论

溺黼目匮翟Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ　第２６卷第１期　２０１０年１月　文章编号：１６７４—３８１４（２０１０）Ｏ１—００４５—０３　电网与清洁能源　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｃｌｅａｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｖｏ１．２６　Ｎｏ．１　Ｊａｎ，２０１０　中图分类号：ＴＭ４２１　文献标志码：Ａ　３３０　ｋＶ升压变压器中性点保护问题讨论　吕景顺，王寅仲，王　欣，彭　鹏　（甘肃电力科学研究院，兰州　７３００５０）　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　３３０　ｋＶ　Ｓｔｅｐ－ｕｐ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＬＶ　Ｊｉｎｇ—ｓｈｕｎ，ＷＡＮＧ　Ｙｉｎ－ｚｈｏｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｘｉｎ，ＰＥＮＧ　Ｐｅｎｇ　（Ｇａｎｓｕ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００５０，Ｇａｎｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｗｆｉｔｅｒｌｏｏｋｓｉｎｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｓ，ｔｈｅｔｙｐｅｓａｎｄｌｅｖｅｌｓｏｆｔｈｅｏｖｅｒ－ｖｏｌｔａｇｅｓｏｆ　ｔｈｅ　３３０　ｋＶ　ｓｔｅｐ－ｕｐ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ．Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ｈｅ　ｔａｎａｌｙｓｉｓ，ｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　取，运行中采用部分中性点直接接地方式。对于另　一部分在运行中中性点不接地的３３０　ｋＶ变压器，中　ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｃｈｅｍｅｓｆｏｒｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｓ．Ａ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｇａｐ　ａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｕｒｎｓ　ｏｕｔ　ｔｏ　ｂｅ　ａｎ　ｅａｓｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅ　ｔｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅ　ｔ３３０ｋＶｔｒａｎｓｆｏｉＴｎｅｒ．　ＫＥＹ　ＷＯＲＤＳ：ｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；，ｓｔｅｐ－ｕｐ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ，　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ；ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ　ｇａｐ　性点的过电压保护问题和保护方式是一个值得探　讨的问题。　１　接地方式和可能承受的过电压状况　１．１　系统运行中变压器中性点接地方式　摘要：描述并分析了甘肃电网３３０　ｋＶ发电厂升压变压器中性　点接地方式及所承受的过电压种类和水平。提出这类变压器　我国电力系统接地方式分为２种：一种是不接地　中性点保护方法，并给出了具体保护方案：采用合理的保护　间隙保护３３０　ｋＶ变压器中性点绝缘的方案较可靠，也简便　易行。　或经消弧线圈接地方式，另一种是有效接地方式。　不接地或经消弧线圈接地方式主要应用于６６　ｋＶ及　以下系统，由于变压器基本采用全绝缘，关于这类　关键词：变压器中性点；升压变压器；有效接地；保护间隙　变压器中性点保护问题不在这里讨论。有效接地系　统按电压等级分，主要有１１０　ｋＶ、２２０　ｋＶ、３３０　ｋＶ、　７５０　ｋＶ、１　０００　ｋＶ系统。对于７５０　ｋＶ和１　０００　ｋＶ系　统，由于电压等级高，运行中要求每台变压器中性　点均采用直接接地方式，不存在中性点过电压保护　问题。对于５００　ｋＶ系统大部分变压器中性点采用直　接接地方式，另一部分变压器中性点采用经接地电　０　引言　３３０　ｋＶ电压等级是我国西北地区电有的　个电压等级，是目前西北电网的主网架。这一电　压等级的变压器在运行中有其自身的特点，如中性　一抗器接地，中性点保护问题与接地电抗器保护问题　同时解决，也不在这里讨论。对于１１０　ｋＶ、２２０　ｋＶ和　点的接地方式。在电网上运行的３３０　ｋＶ变压器多为　自耦式，其高压绕组末端即中性点部位的绝缘水平　般按３５　ｋＶ电压等级选取，￣［ＩＬＩ１８５ＡＣ８５　ｋＶ。运行　一３３０　ｋＶ系统。由于继电保护、系统稳定和单相　接地短路电流等的需要。采用部分变压器中性点直　接接地方式，另一部分变压器中性点不接地。对于　这部分中性点不接地的１　１０　ｋＶ及２２０　ｋＶ变压器，无　论是电网还是发电厂升压变压器。中性点保护问题　中采用中性点直接接地方式。而对于发电厂升压变　压器．中性点的绝缘水平一般按ＬＩ５５０ＡＣ２３０　ｋＶ选　基金项目：国家８６３计划项目（２００７ＡＡ０４Ｚ４２３）。　已在《关于变压器中性点保护间隙的讨论》一文中　■●窭毯　Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ　吕景顺等：３３０　ｋＶ升压变压器中性点保护问题讨论　进行了研究＿ｌ１，这里也不再重复。电网上的３３０　ｋＶ变　压器运行中采用中性点直接接地方式，不存在中性　点过电压保护问题。笔者主要讨论运行中中性点不　接地的３３０　ｋＶ发电厂升压变压器的中性点保护问题。　１．２有效接地系统中部分中性点不接地变压器运　行中可能承受的过电压　在正常运行状态下，无论是变压器中性点直接　接地还是不接地，电位是很低的。但是在系统处于　不对称运行状态下，中性点上产生较高电位，可能　危及变压器中性点绝缘。　１．２．１　工频过电压和谐振过电压　１）有效接地系统发生单相接地故障。不接地变　压器中性点上出现的工频暂态过电压可达０．６倍相　电压，即Ｏ．６　／、／３；　２）偶然形式局部不接地系统，且有单相接地故　障存在，这时中性点上工频暂态过电压达到相电　压，即　／、／３；　３）有双侧电源的变压器，在非全相分、合闸时，　由于两侧电源不同步，在变压器中性点上可能出现　接近于２倍相电压，即２　／＼／了的工频暂态过电压。　４）由于断路器操作机构故障，出现非全相或严　重不同期时产生的铁磁谐振过电压。　１．２．２操作过电压　由于断路器操作。在变压器首端出现的操作过　电压传递到中性点，这类过电压一般幅值较低，对　变压器中性点绝缘的危害较小。　１．２．３雷电过电压　发电厂升压变压器一般不会遭受雷电直击，主　要是雷电侵入波过电压，且在不接地变压器中性点　上可能形式全反射。　２变压器中性点绝缘水平　为了降低变压器成本，在高压、超高压和特高压　系统中。电力变压器基本都采用分级绝缘的方式。　２　１　现行标准对变压器中性点绝缘水平的要求　Ｃ－Ｂ　３１１．１—１９９７《高压输变电设备绝缘配合））【２】　和ＤＬ／Ｔ　６２０－－－１９９７《交流电气装置的过电压保护和　绝缘配合》中嘲，对分级绝缘的变压器中性点的绝缘　水平要求见表１和表２。　在表１和表２中，３３０　ｋＶ电压等级变压器中性点　的绝缘水平要求不相同，原因是ＤＩＺＦ　６２０－－１９９７第　表　分级绝缘的电力变压器中性点绝缘水平　ｋＶ　麓　表２电力变压器、高压并联电抗器中性点及其接地　电抗器选用的耐受电压　ｋＶ　注：中性点经接地电抗器接地时，其电抗值与变压器或高压并　联电抗器的零序电抗之比小于等于１／３。　３．１．１中要求：ｌ　１０　ｋＶ及２２０　ｋＶ系统中，变压器中性点　直接或经低阻抗接地，部分变压器中性点也可不接　地。３３０　ｋＶ及５００　ｋＶ系统中，不允许变压器中性点　不接地运行。这一条与西ＪＬ３３０　ｋＶ电网实际运行情　况不符。　２．２甘肃电网现运行的３３０　ｋＶ变压器中性点现状　电网上运行的３３０　ｋＶ变压器均为自耦式，中性　点绝缘水平为ＬＩ１８５ＡＣ８５　ｋＶ或ＬＩ３２５ＡＣ１４０　ｋＶ，均　采用直接接地方式运行。发电厂３３０　ｋＶ升压变压器　均为两绕组，高压绕组中性点绝缘水平按　ＬＩ５５０ＡＣ２３０　ｋＶ选取．采用Ｙ１Ｗ５－－２１０／４４０型避雷器　加间隙保护方式保护。　甘肃西固热电厂原ｌ１０　ｋＶ主变中性点采用避　雷器加间隙保护方式，曾发生过８次避雷器爆炸事　故：２２０　ｋＶ电压等级变压器国内也发生过多起中性　点事故。￣Ｈ２００２年至２００４年，广东东莞电网相继发　生了４次变压器中性点事故。３３０　ｋＶ升压变压器中　性点保护原理应与其相同。　翻盈Ｓｍａｒｔ　Ｇｒｉｄ　第２６卷第１期　电网与清洁能源　４７　３　３３０　ｋＶ升压变压器中性点保护方　式选择　３．１　不使用避雷器保护的原因　３）标准雷电波校核间隙距离ｓ为２９０　ｍｍ＜Ｓ≤　５００　ｍｍ，取Ｓ＝４００　ｍｍ时，标准雷电波负极性冲击放　电电压远低于５５０　ｋＶ（约３４０　ｋＶ），能满足雷电过电　压保护要求。　笔者所提间隙放电电压均为标准条件下的放　电电压值。　避雷器仅能用于持续时间短的过电压，如　雷电和切空变引起的过电压，而不能用于持续　时间较长的过电压，如工频过电压和谐振过电压，　否则会出现避雷器爆炸现象　。对于２．２中采用的金　属氧化物避雷器，其持续运行电压只有１６６　ｋＶ，当　出现１．２．１中所述的各种暂态过电压时，这一型号的　避雷器将会发生爆炸。如果选用持续运行电压较高　的避雷器，由于其残压也会相应抬高，对变压器中　性点绝缘又起不到保护作用。而选用距离合理的放　电间隙，不仅在工频和谐振过电压下，而且在雷电　过电压下同样能对３３０　ｋＶ变压器中性点起到保护　作用。因此，合理的间隙是３３０　ｋＶ变压器中性点过　电压保护最佳的选择圈。　３。２间隙保护的原则和方案　有效接地系统中中性点不接地的３３０　ｋＶ发电　厂升压变压器的中性点保护间隙距离的选择原则：　１）因接地故障形成局部不接地系统，在工频稳　态、暂态过电压下，间隙应可靠动作，决定间隙最大　距离［６Ｊ；　２）系统以有效接地方式运行发生单相接地故　障，在工频稳态、暂态过电压下，间隙应不动作，决　定间隙最小距离ｌ　７ｌ；　３）间隙标准雷电波动作电压应低于变压器中　性点绝缘标准雷电波耐受值。　对于有效接地系统。发生单项接地后，不接地　的变压器中性点零序电压按下式计算：　Ｕｏ＝ＵｏｘＫ／（２＋Ｋ）　（１）　式中，　为系统运行相对地电压；　为系统不平衡系　数（Ｋ＝　），在这类系统中最大取３。在取Ｋ＝３时，　＝０．６　。　３３０　ｋＶ变压器中性点保护间隙距离的选择：　１）最低可靠动作工频电压，确定间隙最大距　离为Ｕ＝３６３ｘ／３／＝２１０（ｋＶ），对应间隙放电尺寸约　５００　ｍｌＴｌ。　２）间隙不应动作的最高工频电压，确定间隙最　小距离为Ｕ＝０．６ｘ（３６３／、／　一）＝１２６（ｋＶ），对应间隙放电　尺寸约２９０　ｎｌｍ　４结语　变压器中性点过电压保护问题是一个并不太　复杂的问题，只是由于中性点在正常运行中处于相　对比较宽松的电压条件下，且只有在几种故障组合　时，才有可能出现危及其绝缘的过电压，实际中，由　于中性点绝缘损坏而导致变压器故障的概率相对　较低。但是这类绝缘故障一旦出现，同样会使整个　变压器受到很大损害。因此对系统运行中部分中性　点不接地的变压器中性点必须进行保护，尤其是　３３０　ｋＶ变压器已属于超高压等级。采用合理的保护　间隙来保护３３０　ｋＶ变压器中性点绝缘认为是最为　可靠和简便易行的方案。　参考文献　【Ｉ１　】吕景顺，王寅仲．关于变压器中性点保护间隙的讨论［Ｊ］．甘　肃电力技术。２００６（２）：４２—４６．　【２】ＧＢ　３１１．１－１９９７高压输变电设备绝缘配合［ｓ］．　［３］ＤＬ／Ｔ　６２０～１９９７交流电气装置的过电压保护与绝缘配　合【ｓ］．　［４１彭向阳，钟定珠，李谦，等．主变压器中性点保护间隙保　护问题分析与建议　南方电网技术研究，２００５，１（２）：３９—　４３．　【５１杨勇，郑晶晶．甘肃３３０　ｋＶ、２２０　ｋＶ电网电磁环网解环研　究【Ｊ】．电网与请洁能源，２００９，２５（６）：１１－１３．　【６］王昭，吴磊，刘瑞丰，等．青海桃园３３０　ｋＶ变电所接入系统　与甘青断面３３０　ｋＶ电网解环探讨［Ｊ】．电网与请洁能源，　２００８，２４（６）：１２－１４．　【７］张艳霞，范雪峰．３３０　ｋＶ与２２０　ｋＶ电磁环网解环研究【Ｊ１　＿电网与请洁能源．２００８，２４（３）：３７—４０．　收稿日期：２００９—０９—０７。　作者简介：　吕景顺（１９６２一），男，高级工程师，从事高电压技术；　王寅仲（１９４２一），男，高级工程师，从事高电压技术；　王欣（１９６４一），女，高级工程师，从事化学技术；　彭鹏（１９７５一），男，工程师，从事高电压技术。　（编辑秦奋）