有关主变压器中性点间隙保护的几个问题

题

摘要：本文对有关主变压器中性点对地间隙保护的问题，当中性点接地的主变压器需要检修时，再将中性点不接地的主变压器中性点接地，保证零序综合阻抗不变。当发生单相接地故障、非全相运行故障或遭受雷击时，中性点不接地的主变压器中性点会产生很高的过电压，因此，部分主变压器中性点要求加装间隙保护。

关键词：变压器；中性点；间隙击穿；继电保护 引言

针对一起线路单相故障引起主变压器中性点间隙击穿故障，分析故障发生时主变压器中性点暂态过电压和零序保护整定值，提出增大中性点间隙大小和调整保护动作时间的建议，使有效接地系统非全相运行时保护不动作，保护主变压器中性点绝缘免受雷击损坏。

1概述

在我国电力系统中，220kV变压器通常采用部分中性点接地方式以降低单相故障短路电流，但110kV及以上系统变压器中性点多采用分级绝缘，绝缘水平较低，需加装保护，目前采用变压器中性点棒间隙或间隙并联避雷器等方式防止过电压对中性点绝缘的损坏，但在实际运行中又产生了新的问题：在非全相运行、雷击等过程中产生暂态过电压很容易引起主变压器中性点间隙击穿。为了防范类似故障的发生，减少变压器不必要停运，建议一方面从变压器中性点一次保护方面解决单相接地等故障引起变压器中性点间隙异常击穿的问题，另一方面从变压器中性点二次保护动作延时方面采取补救措施，避免区外故障时保护误动作。

2有关主变压器中性点间隙保护的几个问题

2.1问题1

当发生单相接地故障时，先跳开中性点不接地的主变压器。当故障还存在时，再跳中性点接地的主变压器。这个跳闸逻辑对吗?不对。这种方式是将变电站所有主变压器的零序电流保护的出口横向联系起来，去启动一个公共出口元件。当系统或主变压器内部发生单相接地故障时，中性点接地的主变压器的零序保护动作，启动公共出口元件先跳开中性点不接地变压器。当故障还存在时，再跳中性点接地变压器。该方式容易造成全变电站一次切除多台甚至所有主变压器。

2.2问题2

间隙保护由哪几部分组成?主变压器中性点的间隙保护由间隙过电流保护和过电压保护组成。对于需要安装间隙保护的分级绝缘变压器，应装设用于中性点直接接地和经放电间隙接地的两套零序过电流保护，还应增设零序过电压保护。间隙零序过电流保护可由两段组成，其动作电流与相关线路零序过电流保护相配合，满足中性点直接接地运行的要求。每段保护可设两个时限，并以较短时限动作于缩小故障影响范围，或动作于本侧断路器，以较长时限动作于断开主变压器各侧断路器，满足主变压器中性点直接接地运行的要求。

2.3问题3

是否所有不接地运行的主变压器中性点都需要加装间隙保护?哪些主变压器中性点需要加装间隙保护?对全绝缘主变压器不需要加装，对分级绝缘的主变压器视具体情况加装间隙保护。一些单位将所有中性点不接地主变压器的中性点都安装了间隙保护，错误地认为在一次回路加上间隙保护总会有好处。若二次回路继电保护配置不当，则易造成间隙保护误动作，主变压器被错误切除。按GB14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》第4．3．8条规定:在110kV、220kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的主变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，以及对因失去接地中性点引起的变压器中性点电压升高时，对于分级绝缘变压器中性点应装设直接接地和经放电间隙接地的两套零序过电流保护，还应增设零序过电压保护。

2.4问题4

当发生单相接地故障时，先跳开中性点不接地的主变压器。当故障还存在时，再跳中性点接地的主变压器。这个跳闸逻辑对吗?不对。这种方式是将变电站所有主变压器的零序电流保护的出口横向联系起来，去启动一个公共出口元件。当系统或主变压器内部发生单相接地故障时，中性点接地的主变压器的零序保护动作，启动公共出口元件先跳开中性点不接地变压器。当故障还存在时，再跳中性点接地变压器。

2.5问题6

主变压器零序后备保护中零序过电流与放电间隙过电流保护两者是不是同时工作?不同时工作。当主变压器中性点接地运行时零序过电流保护起作用，间隙保护退出。当主变压器中性点不接地运行时，放电间隙过电流保护起作用，零序过电流保护退出。零序电压保护的投退选择借用“间隙保护”的投退控制字实现。该控制字整定“1”时，零序电压保护投入;整定“0”时，零序电压保护退出。

2.6问题5

如何确定间隙的大小?放电间隙的选择，应根据主变压器绝缘等级、中性点能承受的过电压及采用的放电间隙类型计算确定。装设并联间隙的初衷是防止中性点避雷器在内部过电压下动作时因承受不住过电压而爆炸，损坏主变压器及附近设备。因而，要求间隙的配合特性是:在雷电过电压作用时避雷器动作，间隙不动作;在内部过电压作用时，避雷器不动作，间隙动作。间隙要满足动作值和不动作值两个条件。(1)间隙在暂态电压下不能动作。即间隙冲击放电电压应小于避雷器动作电压，并且在避雷器动作后的残压作用下间隙也不应动作。(2)间隙的冲击放电电压值应低于主变压器中性点的冲击绝缘水平，保证主变压器中性点的冲击绝缘裕度，一般冲击配合系数取值应大于1．15。(3)间隙的工频放电电压值应小于主变压器中性点的工频耐受电压值，小于在局部失地系统单相接地或非全相运行时产生的变压器中性点过电压值，大于有效接地系统单相接地故障下的主变压器中性点稳态电压值。

3对系统影响及防范措施 3.1零序电流对主变压器的影响

对于220kV主变压器而言，如果间隙在单相接地故障瞬间击穿，因线路全线速动保护动作，故障切除前在稳态电压下将维持较大工频续流约3个周波左右，故障切除后主变压器的零序电流与负荷电流相当。延长间隙保护动作时限将增加主变压器承受线路重合闸周期（0.8s）的负荷性零序电流和重合到永久故障的短时（3个周波左右）的故障零序电流冲击，对主变压器的影响不大。

3.2中性点过电压的影响

中性点间隙击穿后可能由于工频续流不能保持而熄弧，也可能重复击穿，延长间隙保护动作时限增大了间隙熄弧和重击穿的可能性。间隙放电截波水平与间隙击穿前中性点工频电压值有关，重击穿一般发生在中性点稳态电压作用下，截波水平应比间隙第一次大多在暂态电压下击穿时低，中性点间隙发生重击穿的现象不多见。因此，由于间隙保护动作时间延长有限，不太可能显著增大间隙重击穿率，间隙重击穿截波电压也低于间隙首次击穿截波电压值，需要做进一步研究。

3.3对间隙零序过压继电保护的影响

如果考虑上述间隙不稳定击穿的情况，间隙过压保护如上所述需要按间隙过流的时限整定，结果是中性点稳态过电压而间隙又不击穿时，主变压器中性电承受过电压的时间由原来的0.5s延长到1.5s。

结语

110kV、220kV系统属于有效接地系统，为了限制单相接地短路电流和满足继电保护的要求，一部分主变压器的中性点直接接地，另一部分主变压器的中性点不接地。当中性点接地的主变压器需要检修时，再将中性点不接地的主变压器中性点接地，保证零序综合阻抗不变。

参考文献

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