110KV主变压器中性点过电压保护方式的探讨
【摘要】简要介绍了主变压器中性点过电压情况，对各种保护方式及存在问题作了分析，建议实际运行时，应针对不同绝缘水平的变压器中性点采用不同的过电压保护方式。
【关键词】主变压器；中性点；过电压保护；配置
l．引言
110KV电力系统属于中性点有效接地系统，为统筹考虑单相短路时的短路电流和零序电压水平，部分110KV变压器的中性点采取不接地的运行方式，不接地变压器的中性点在运行中可受到雷电、操作及工频等各种过电压的作用。由于110KV及以上变压器通常为分级绝缘，中性点的绝缘水平较薄弱，因此在实际运行中必须采取各种方式对不接地变压器的中性点进行过电压保护。
国家颁标准DL／T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》提出以装设间隙保护为主，某些情况下可装设避雷器，而对间隙并联避雷器这种保护方式未加评议。下面就变压器中性点过电压的实质及各种保护方式的分析，提出主变中性点过电压保护方式的实施意见。
2．变压器中性点过电压情况及中性点的绝缘水平
在实际运行中，变压器中性点常见的过电压主要有大气过电压、系统单相接地在中性点引起的过电压及非全相运行在中性点引起的过电压等。
2．1非全相运行时变压器中性点过电压
电网中由于断路器的非同期重合闸、非全相动作、导线断线等原因，均会在不接地变压器的中性点上产生过电压。如果变压器单相运行，中性点工频稳态过电压为Uxg；如果两相运行，工频稳态过电压为Uxg／2，有两侧电源的变压器在非全相运行时可能产生的差频过电压为2Uxg。
2．2变压器中性点绝缘水平
我国110KV电网中的主变压器通常为分级绝缘结构，主变中性点主要采取了60KV，44KV，35KV等3种绝缘等级，表1为变压器各绝缘水平中性点的雷电耐受电压值Ugn和工频耐受电压值UIn。
3．变压器中性点过电压保护方式的选择
目前，变压器中性点过电压保护主要采用间隙保护、避雷器保护、间隙与避雷器并联保护3种方式。虽然在各种过电压保护规程中对变压器中性点的过电压保护均有所阐述，但都未对不同绝缘水平的变压器中性点的过电压保护方式作出具体的说明。因此，在实际运用中各变压器中性点的保护配置以及避雷器和间隙的规格都不尽相同。
3．1单独采用间隙保护
间隙的优点是结构简单可靠、运行维护量小，在雷电、操作和工频过电压下都可对变压器进行保护；缺点是间隙参数确定较为困难，放电分散性大，保护性能一般，工频续流较大，灭弧能力差，靠继电保护切除故障，在系统有不对称接地短路故障时有较大和较长时间的工频零序电流冲击主变，另外间隙放电产生的截波对主变的纵绝缘也有一定的影响。实测各种间隙的工频平均放电电压Ucp。和负雷电冲击50％放电电压—U50％如表2所示。
间隙的选择要求其工频平均放电电压Ucp，应低于变压器中性点的工频耐压Ugn，高于系统单相接地时中性点的最高工频过电压（Ugd=43．8KV）；而间隙的雷电50％放电电压（负极性）应低于变压器中性点的雷电冲击耐压并留有一点裕度，在保证裕度的情况下，应尽量加大间隙距离，以减少间隙的动作次数。下面就各种绝缘水平的变压器中性点进行分析。
3．1．160KV级绝缘水平的中性点
中性点绝缘水平为60KV级的变压器，如果配140mm的间隙，工放电压Ucp=59KV小于变压器中性点140KV的工频耐受电压（见表1），大于系统接地时的最高工频电压Ugd（43．8KV）；而雷电冲击放电电压一U5o％=116KV，低于变压器中性点325KV的雷电耐受电压；工频和冲放都有很大裕度，推算间隙在170mm也没问题，此时间隙在工频69．3KV，冲击在131KV放电还有很大保护裕度。为避免间隙动作频繁，建议间隙距离取170mm。
3．1．244KV级绝缘水平的中性点
44KV级绝缘水平的中性点，可配140mm间隙，Ucp=59KV小于中性点的工频耐受95KV，－U5o％=116KV小于中性点的雷电耐受250KV，具有一定裕度，绝缘配合没问题。考虑其他因素，通常裕度值取1．05～1．15即可。
3．1．335KV级绝缘水平的中性点
对于35KV级绝缘水平中性点，配130mm间隙，其工频放电电压Ucp=56．6KV，冲击放电电压－U5o％=113．9KV，与表1中中性点为35KV级绝缘水平的雷电冲击耐受和工频耐受电压配合也不存在问题。
3．2单独采用避雷器保护
避雷器的优点是具有优异的非线性伏安特性，残压随冲击电流波头时间变化的特性平稳，陡波响应特性好，无间隙的击穿和灭弧问题，通流容量大，无续流，动作迅速，对主变冲击小；缺点是不能防护工频过电压，而且在较高的工频过电压下，往往自身难保，需定期进行预防性试验，维护工作量较大。
避雷器的选择要求是避雷器的冲击残压Uc应低于变压器中性点的雷电冲击耐压U1n并有一定的裕度，避雷器的峰值等效电压Uk应不低于中性点可能出现的最大工频过电压，否则需并联间隙。
3．2．160KV级绝缘水平的中性点
对于绝缘水平为60KV级中性点，过电压保护可用Y1W—73／200型避雷器，变压器的中性点和避雷器均能承受1倍相电压的短时工频过电压。即设备的雷电耐受电压水平为258KV即可满足要求，由表1可知变压器中性点的雷电耐受电压U1n为325KV，具备一定的保护裕度。
3．2．244KV级绝缘水平的中性点
对于44KV级绝缘水平的中性点，可用Y1W—60／144型避雷器，残压U为144KV，Uc=1．1×（1．1Uc+15）=190．7KV，小于250KV的中性点耐受电压；但其承受1倍相电压的短时工频电压较困难。若选用Y1W—73／200型避雷器，则避雷器较为安全；但主变中性点冲击耐压保护裕度降低，显然不应降低主变的保护裕度来保护避雷器。故对于44KV级绝缘水平的中性点，若单独选用避雷器作为过电压保护方式，则存在避雷器参数选择上的困难，建议不要单独使用。
3．2．335KV级绝缘水平的中性点
35KV级绝缘水平的中性点可用Y1W—48／109型避雷器，残压（Uc=109KV）对于主变中性点雷电耐受电压（U1n=185KV）来说，具有一定的裕度；但工频稳态过电压（Ugd=43．8KV）损坏避雷器的可能性较大，对避雷器运行不利，不要单独使用。
3．3避雷器并联间隙保护
避雷器并联间隙的保护分工是：工频、操作过电压由间隙承担，雷电、暂态过电压由避雷器承担，同时又用间隙来限制避雷器上可能出现的过高幅值的工频过电压和过高的残压。这种方式既对变压器中性点进行保护，又起到互为保护的目的；但间隙与避雷器配合时，间隙的距离大小较难掌握。间隙距离不能太小，以防止在接地暂态过电压下动作，引起保护装置过多动作；同时间隙也不能太大，否则起不到限制工频过电压、保护避雷器的作用。
选择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，所以选择间隙满足43.8KV<Ucp<48KV，由表2知，应选择小于100mm的间隙，此时间隙的一U5o％<Uc，避雷器在雷电冲击下的动作概率不高，发挥的作用不大，且要间隙保护避雷器则很难躲过有效接地方式下发生单相接地故障时中性点产生的工频过电压，即在系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时，间隙频繁动作，改变了整个系统的综合零序电抗值，影响系统的短路容量和继电保护的正确动作。因此，对于此类中性点绝缘较为薄弱的变压器，单独使用Y1W—48／109型避雷器，则存在单相接地时的工频稳态过电压损坏避雷器的情况；使用间隙并联避雷器则存在参数配合的问题；采取单独间隙作为中性点的过电压保护方式，由于间隙保护自身的缺点，对中性点绝缘为35KV的变压器并不合适。因此建议此类变压器最好中性点直接接地运行，或者用距离为100～130mm的间隙。
4．结论
根据分析和现场运行经验，对110KV主变压器中性点过电压保护方式的选择及装置的配置作如下建议：
①对于60KV级绝缘水平的中性点保护，可直接用Y1W—73／200型避雷器，也可用Y1W—73／200型避雷器并联170mm的间隙；
②对于44KV级绝缘水平的中性点保护，可用距离在130～140mm的间隙，也可用Y1W—60／144型避雷器并联140mm的间隙；
③对于中性点绝缘水平是35KV的变压器，由于绝缘设计上存在弱点，为防止变压器事故，可尽量考虑让此类变压器中性点直接接地运行，或用距离为100～130mm的间隙。
参考文献
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