变压器中性点运行方式

变压器中性点运行方式（精选8篇）

变压器中性点运行方式 第1篇

电力系统中变压器中性点接地方式的选择,是一个关系到电网安全运行的综合性问题。它与电网的绝缘水平、保护配置、系统的供电可靠性、发生接地故障时的短路电流大小及分布等关系密切。

由于变压器的绕组靠近中性点的主绝缘水平比绕组端部的绝缘水平低,也就是变压器采用的分级绝缘,现在电力系统中220 k V、110 k V等输电系统中性点常采用直接接地方式(为大电流接地系统)。线路绝缘均按照相电压标准设计,其特点是:当系统发生接地故障,尤其是发生单相接地故障时,非故障相的对地电压不升高,接地相的故障电流较大。在大电流接地电网中,接地电流的大小和分布以及零序电压的水平,主要取决于电网中性点直接接地变压器的分布。据统计,在电网发生的故障中,接地故障占80%以上,因此如何能准确、快速地切除故障,如何能灵敏地感受到零序电流,就和变压器中性点的接地有直接的关系,因此,合理选择变压器中性点的接地,对于快速切除故障,提高电力系统运行的可靠性和稳定性,减少系统故障对电力系统的影响,消除系统故障对电力设备的危害都有非常重要的现实意义。

1 变压器中性点不接地时的过电压

根据GB 1094.3一85《电力变压器第三部分绝缘水平和绝缘试验》的规定,变压器的中性点绝缘水平如表1所示。

对于中性点接地的变压器来说,实际运行当中中性点是安全的。对于实际运行中,中性点不接地的变压器,在中性点处可能出现过电压,从而对变压器中性点绝缘造成很大的危害。由于现阶段电力系统主网构架是以220 k V变压器为主,因此我们就以220 k V变压器为例来进行分析说明。

1.1 操作产生的过电压

切除空载线路、空载线路合闸、系统解列、电弧接地或者变压器的上一级线路或者本变压器的开关不同期合闸,在中性点不接地变压器的中性点处产生操作过电压。如果变压器一相运行,两相不运行,中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为最大相电压Uxg;如果变压器两相运行,一相不运行,中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为Uxg/2,如果被操作的线路与变压器参数达到一定的匹配关系时,暂态过程中产生的过电压可能超过2Uxg,稳态时可能达到2Uxg的情况。对于两侧均有电源的变压器,在非全相运行时有2Uxg的差频过电压,产生的此类过电压会对变压器中性点绝缘产生很严重的危害。

1.2 断线产生的过电压

由于电力线路断线而造成变压器非全相运行也会产生过电压。一相断线中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为Uxg/2,两相断线中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为Uxg。

1.3 单相接地时的过电压

单相接地时,在变压器中性点处会产生工频过电压。一般采用对称分量法计算故障时变压器的中性点电压。以变压器A相发生接地短路为例分析,故障处零序电压为:

其中:E1为系统原有的等值电势;Z1、Z0分别为正序阻抗、零序阻抗。

忽略阻抗中的电阻,并令零序电抗和正序电抗之比为K=X0/X1,则有U0=-E1 K/(2+K),此零序电压就是变压器中性点不接地时中性点的最大稳态工频过电压,其值为

工频暂态过电压为

其中:γ为衰减振荡系数,一般在0.6~0.8之间取值,本文取0.8。

对于不同的系统,综合零序阻抗和综合正序阻抗有不同的数值,对中性点有效接地系统不大于3,中性点绝缘系统K=∞,为此,对于110 k V系统而言,单相接地时中性点的工频稳态电压和暂态电压分别为:

考虑110 k V系统设备设计最高电压一般为126 k V,此时单相接地时中性点的工频稳态电压和暂态电压分别为:

1.4 雷击过电压

当雷电进行波沿导线进入变压器时,会在变压器中性点产生过电压。在变压器中性点上产生的最大对地的雷电过电压可以按照下式估算:

其中:URES为变压器绕组前端的雷电过电压,若绕组前端安装有无间隙金属氧化物避雷器,则以其在标称放电电流下残压计算;N为同时进波相数,三相同时进波,N=3;两相同时进波,N=2;T为绕组首端雷电过电压周期性分量的波长;TN为变压器中性点电压的振荡周期。

统计资料表明,三相同时来波的机会是10%,即在变压器进线侧装有避雷器的情况下,约90%的机会在中性点上的电压是小于所可能遭受的过电压最大值。

1.5 零序通路问题

当变压器中性点不接地时,本侧后备保护范围内发生单相接地故障时,无法形成零序通路,造成线路零序保护和变压器本侧零序后备保护拒动。只有等待单相故障发展成相间故障后靠距离保护动作切除故障,这样切除故障时间长,不利于电力设备的稳定、可靠运行。

通过上述分析,我们得出根据一次系统及继电保护装置的需要,变压器宜采用中性点接地方式运行,但是需要结合中性点接地对整个系统零序通路的影响及继电保护装置定值整定的影响,因此需要平衡布置变压器中性点的接地方式、接地数量和接地位置。

2 变压器中性点接地方式对零序保护的影响

变压器中性点接地的原则是:变电站只有一台变压器、自耦变压器及绝缘有要求的变压器中性点直接接地运行;变电站有两台变压器的,应只将其中一台中性点直接接地运行;变电站两台变压器,当一台变压器停运时,将另一台中性点不接地的变压器改为直接接地;特殊情况,对于三绕组变压器,两台变压器其中一台高、中压侧接地,另一台变压器中压侧接地(注:本文对变压器的分析均为Y0/Y0/Δ接线)。考虑最常见的220 k V/110 k V/10 k V变压器,根据实际运行经验,一般只考虑对侧变电站220 k V变压器中性点接地,下一级110 k V变电站变压器中性点不接地的方式。

2.1 单台变压器高、中压侧中性点接地

如果本站只有一台变压器,其中性点应高、中压侧接地;当本站有两台或两台以上变压器,选用一台变压器高、中压侧接地时,其等值零序网络图如图1所示。

其中:XE为系统等值零序阻抗;XH1、XM1、XL1为变压器高、中、低压侧零序阻抗。

由图1可以看出,等值到220 k V侧母线的零序阻抗为:XE//(XH1+XL1);等值到110 k V侧母线的零序阻抗为:XL1+XM1。如果根据需要将1#变压器中性点倒至2#主变,则等值到220 k V母线的零序阻抗为:XE//(XH2+XL2);等值到110 k V母线的零序阻抗为:XL2+XM2。因此倒换中性点前后等值到220 k V母线、110 k V母线阻抗的差别仅仅为两台变压器参数的差别,由于两台并列运行的变压器参数相差非常小,因此两台变压器可以整定定值统一,这样有利于各级零序保护的相互配合,也有利于维持变电站零序阻抗的稳定。

此方式也有它自身的缺点,当变压器某侧后备保护范围内发生故障,越级到变压器后备保护动作时,第一时限跳开母联开关,将故障系统与正常运行系统初步隔离,然后第二时限动作跳开本侧开关,这时系统中性点失去,需要运行人员马上采取措施,及时恢复系统中性点。

2.2 两台变压器中性点交叉接地

当两台变压器中性点交叉接地时,即一台变压器高压侧中性点接地、另一台变压器中压侧中性点接地,其等值零序网络图如图2所示。

由图2可以看出,等值到220 k V侧母线的零序电抗为XE//(XH1+XL1);等值到110 k V侧母线的零序电抗为XM2+XL2,这种接地方式从零序序网上将220 k V系统和110 k V系统完全隔离。在正常运行下,220 k V侧发生接地故障,110 k V侧不会产生零序电流;反之,110 k V侧发生接地故障,220 k V侧也不会产生零序电流。这样220 k V侧和110 k V侧在故障时不能相互反应,不能作为相互之间的后备,对可靠隔离故障点少了一层保障。况且如果变电站只有两台变压器,在一台变压器退出运行时,势必要将运行变压器的220 k V侧和110 k V侧同时接地,又回到第一种情况。

2.3 110 k V侧两台变压器接地

变压器高压侧接地,如果只有一台中压侧接地的话,如果发生故障,接地侧变压器主进开关跳开,则系统失去中性点,如果此时系统再发生单相接地,则继电保护装置中的零序保护不能动作,只有等到故障发展成相间故障或者变压器中性点间隙动作跳开变压器各侧开关,从而扩大事故停电范围,造成更加严重的后果。其等值零序网络图如图3所示。

由图3等值至220 k V母线零序阻抗:[(XL2+XM2+XM1)//XL1+XH1]//XE;等值到110 k V母线零序阻抗:[(XE+XH1)//XL1+XM1]//(XL2+XM2)。

由于中性点零序保护主要考虑各级线路和变压器之间的配合问题,考虑分支系数的影响,上述三种变压器中性点接地方式对零序回路的影响差别很大。

2.4 综合分析

(1)同一台变压器两侧均接地的方式对220 k V、110 k V母线等值零序阻抗影响最小,运行方式灵活,其缺点是接地变压器跳开后将使得110 k V系统失去中性点,为了系统安全可靠运行,需要及时恢复系统中性点。

(2)交叉接地的方式能有效隔离220 k V与110 k V系统间的零序电流,对220 k V系统运行非常有利。但其对110 k V母线零序阻抗影响较大。

(3)110 k V两台变压器中性点接地的方式能有效克服上述两种方式的缺点,但其运行中方式的改变对220 k V及110 k V母线影响很大,220 k V侧中性点零序电流保护将与出线零序电流保护不配合。

综合分析我们看到,同一台变压器两侧均接地具有对220 k V、110 k V母线等值零序阻抗影响最小、中性点倒换灵活的特点。在接地变压器跳开时,只要运行人员及时将不接地变压器的中性点投入即可,因此可以满足系统稳定的要求。

3 结论

变压器中性点运行方式的选择,应根据需要和详细的计算得出。中性点不接地时应采取措施防止中性点过电压,如在变压器中性点安装避雷器和合理设置中性点间隙保护等。中性点接地时应尽量做到中性点合理分布,不使接地点数目过多,以避免零序网络过于复杂、零序保护的定值不好整定、零序保护的各段保护之间不易配合,也不能因为接地点太少而使电网接地不可靠。

只有在合理选择电网主变中性点接地运行方式的前提下,才能使零序保护充分发挥快速切除故障的作用,提高供电的可靠性,减少对设备的危害。

参考文献

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电力系统中性点接地运行方式综述 第2篇

关键词：电力系统；中性点；运行方式；接地；继电保护

中图分类号：TM732文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）16-0193-02

一、中性点的接地方式

目前处理中性点的方法有四种：中性点不接地运行方式；中性点经过消弧线圈接地运行方式；中性点经电阻接地运行方式；中性点直接接地运行方式。这四种接地运行方式各有各的利弊，从而也就有了各自的适用范围。下面分别对这四种方式进行论述。

二、三相电力系统中性点的运行方式

（一） 中性点不接地电力系统

在正常情况下，三相电路产生的三相电压对称。同时，在理想情况下，各相导线之间、导线与地之间的分布电容的大小也相等，所以三相导线的参数对称。设每相的对地电容都为C，所以在三相电压下产生的电流也是对称的，并超前相应电压90°，流过中性点的电流为零。A相、B相、C相对地电压都是相电压，A、B、C三相之间是线电压。

当C相接地时，C相对地电压就为零。此时A相对地电压是UA'，其大小等于A相与C相之间的电压，根据公式可得：

由此可见，单相接地时接地点的电容电流值是正常运行时一相对地电流的3倍。

电网在一相接地的状态下是不可以长期运行的。因为当发生一相接地短路时，电气设备和电缆上容易产生电弧。由于电弧会损坏电器设备，且可能引发二相或三相短路，因此仍是十分危险的，尤其是当接地处发生所谓的断续电弧，即周期性熄灭周期性复燃的电弧，它与电网振荡回路的相互作用可能引起相与地之间的谐振过电压。这种电压可以达到2.5～3倍的相电压，在绝缘相对薄弱的环节可能导致非接地相绝缘击穿，最终形成相间短路。

（二） 中性点经消弧线圈接地系统

消弧线圈是一个具有铁芯，铁芯带有气隙的可调电感线圈，接在变压器或发电机的中性点与地之间，其电阻很小，感抗很大。由图2可见，当发生单相接地时，流过接地点的电流是流过接地的电容电流IC和流过消弧线圈的电感电流IL之和。如图2所示，IC超前 UC90°而IL滞后 90°。因此流过接地点的电流将被大大的减小。

根据对电容电流的补偿程度分为3 种补偿方式。当IL=IC时，称为完全补偿；ILIC时，称为过补偿。

对于完全补偿，因为完全补偿时IL=IC，即IO=0，确实能很好的避免电弧的产生，但此时ω1＝1/3ωc。线路中将会产生串联谐振。由于串联谐振，在线路中会产生很高的电压降，造成电网中性点对地电压严重升高，这样可能会损坏设备的绝缘。因此这种补偿方式并不是最好的补偿方式。对于欠补偿方式，因为在欠补偿时，ILIC，在接地点的电流是电感性的。采用这种补偿方式，不会出现串联谐振情况，所以在实际运行中得到了广泛的应用。

然而，中性点经消弧线圈接地的电力系统与中性点不接地的电力系统一样，发生单相短路时，非故障相的对地电压要升高为原相电压的■倍，即成为线电压。

总之，当电网发生单相接地故障时，由于消弧线圈的存在使得流过中性点的电流为感性，对接地电容电流进行了补偿，使通过故障点的电流减小到能自行熄弧的范围。同时，当电流过零而电弧熄火后，消弧线圈也减少了故障相电压的恢复速度，从而减小了电弧重燃的可能。

中性点经消弧线圈接地系统的同样存在一些缺点：

1．零序保护无法查出是哪条线路因接地而故障。

2．消弧线圈本身是感性元件，与对地电容构成谐振回路，在一定条件下能发生谐振过电压。

3．中性点经消弧线圈接地仅能降低弧光接地过电压的可能性，不能彻底消除弧光接地过电压。

（三）中性点经电阻接地的电力系统

中性点经电阻接地系统，电阻与导线对地电容构成并联回路，由于电阻可以消耗能量，也可以降低发生谐振时的电压。由此可见，采用中电阻接地方式能在单相接地故障时产生限流降压作用。

中性点电阻的阻值分为高电阻值、低电阻值和中电阻值三种情况。高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，并可防止阻尼谐振过电压和间歇性电弧接地过电压，当单相接地电容较小，故障不跳闸时，采用高电阻接地可以减少故障点的电压梯度、阻尼谐振过电压。中性点采用小电阻接地方式的特点是获得一个大的阻性电流叠加在故障点上，其优点是：（1）可以快速切除故障相线路，使过电压水平升的不至于太高，并防止谐振过电压，所以可采用绝缘水平较低的电缆和设备；（2）把异相故障的几率削减至最低限度。同时为采用简单的、有选择性和足够灵敏度的继电保护提供了可能性。为了克服低电阻接地的弊端而保留其优点，可以采用中电阻接地方式。中性点经中电阻接地，既可以降低发生谐振时的过电压，减小电流，也能在发生故障时迅速动作，防止故障的进一步扩大。

与中性点不接地电网相比，中性点经电阻接地电力系统有以下优点：（1）基本上消除了产生间歇电弧过电压的可能性，由于非故障相的过电压降低，发生异地亮相接地的可能性也随之减小；（2）单相接地时电容充电的暂态过电流受到抑制；（3）使故障线路的自动检出较易实现；（4）能预防谐振过电压的产生。

（四）中性点直接接地系统

中性点直接接地系统如图3所示。

中性点直接接地系统发生单相接地时，由于中性点接地的钳位作用，非故障相的相电压不会改变。因此按这种方式运行的系统，电气设备对地绝缘只需按相电压考虑。这对于110kV及以上的高压系统来说，由于会使绝缘造价降低的同时还改善了保护设备的工作特性，所以有很高的经济技术价值。而且在形成单相接地短路时，线路上会流过很大的短路电流， 使线路保护装置迅速动作，断路器跳闸切除故障，使系统的其他部分恢复正常运行。

中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时，非故障相对地电压不会增高，因而各相对地绝缘可按相对地电压考虑，降低了线路的造价。而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中， 单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。

中性点直接接地系统的缺点之一是一相短路电流太大，为了防止短路电流造成较大的损失，不允许电网继续运行，因此供电的可靠性不如小接地电流系统。同时，其接地点还会产生较大的跨步电压与接触电压。此时容易发生触电伤害事故。另一个缺点是中性点直接接地系统单相接地发生故障时产生的接地电流较大，对通讯系统的干扰影响也大，特别是当电力线路与通讯线路平行走向时，由于耦合产生感应电压，对通讯造成干扰。

三、结语

这几种中性点接地的运行方式都各有利弊，而且在国内外都有不同的解释和应用，因此在实际应用中需要根据具体情况具体分析。对于电压等级较低的电网来说，大多数都采用中性点不接地运行方式。随着微机保护的推广应用，当3～10kV系统接地电流大于30A，20～63kV系统接地电流大于10A时，采用经消弧线圈接地的运行方式是比较妥当的。因为通过微机的控制，消弧线圈可以跟踪接地电流的变化而改变电感，达到最好的补偿效果。电压等级较高的电网一般采用直接接地的运行方式。因为中性点直接接地系统发生单相接地时，中性点对地电压为零，而且非接地相的相电压不会升高，绝缘容易实现。

参考文献

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变压器中性点运行方式 第3篇

在中性点直接接地系统中发生短路接地时,中性线上的电流互感器检测出零序电流,通过中性线形成回路并构成接地保护。而当变压器全部中性点同时接地时,其接地点的短路电流会被分流,从而造成接地保护灵敏度降低。所以为了保证保护的灵敏度,不能将所有变压器的中性点同时接地。但为了保护中性点不接地变压器发生故障时不会伤害变压器绝缘,采用间隙保护来保护中性点不接地的变压器。它的作用原理是 :发生故障时中性点电压迅速升高,此时空气间隙会被击穿形成电弧,使中性点经电弧接地。当电压恢复正常后,电弧会熄灭,中性点就不再接地。那么在间隙保护的回路上加一个电流互感器,在发生保护动作时,电流流过电流互感器并发出信号,此时如果其他保护都没有正确动作,电流就会一直持续,经过一定的延时后,就能动作跳开开关。 总体来说,接地保护是一个限制短路电流的保护,而间隙保护是为了防止变压器中性点过电压而设置的保护。

如何选择电力系统中变压器中性点接地方式,这是关系到电网安全稳定运行的综合问题,因为它与电网的绝缘水平、 系统的供电可靠性、保护配置、短路电流大小及分布等密切相关。由于现在的变压器基本都采用分级绝缘,因此目前110k V及以上电压等级的输电系统中常采用中性点直接接地方式 ( 即为大电流接地系统 )。在中性点直接接地的电网中,零序电压的水平、接地电流的大小和分布,都与电网中性点直接接地变压器的分布有着密切的联系。

1研究背景

110k VXX变电站2号变压器投运验收前,发现变压器高压侧过流保护和主变高压侧中性点零序保护共用一块保护压板(2LP23),主变高压侧中性点间隙保护压板为单独压板(2LP24),根据设备投运后的电网系统运行方式要求,2号变压器高压侧中性点为不接地运行,故压板2LP23和2LP24都投入,无法满足现有的设备现场运行规程规定 :变压器中性点零序保护和间隙保护根据中性点倒闸投退方式进行配合投停,不得同时投入。针对这种矛盾,通过查阅各种变压器保护说明书,结合相关公司运行经验,为保证继电保护装置正确动作、主变安全运行对主变中性点运行方式进行研究和论证。

2技术论证

2.1原有运行规程规定:

以前很多老旧变压器中性点零序保护与间隙保护所用电流均取自中性点套管CT,因为间隙零序过流保护定值比中性点零序过流定值整定灵敏,故中性点合位时容易造成间隙零序过流保护误动,所以原来规定要求变压器中性点零序保护和间隙保护根据中性点刀闸投退方式进行配合投停,不得同时投入运行。

2.2现有情况分析

110k V XX站2号主变使用北京四方CSC-326G数字式变压器保护,该保护使用中性点零序过流保护和中性点间隙保护。该主变零序过流保护使用的电流取自中性点套管电流互感器电流。中性点间隙零序保护包含间隙的零压元件和零流元件,间隙零压元件的电压取自外接的零序电压,间隙零流元件的电流取自经间隙接地的变压器间隙零序电流互感器电流。

经考察,现在的新 变压器(例如110k VXX站2号主变)均有独立的间隙CT、零序CT,中性点零序保护和间隙保护不能共用一个CT,中性点零序CT取中性点套管CT,间隙零序CT要安装在间隙与地之间,因采用这种安装方式,两种保护取用电流的电流回路不同,此种情况下若零序保护和间隙保护同时投入运行 :

1) 当变压器无故障也无操作过电压时,无论变压器中性点接地与否,间隙回路不会有过电压,各CT也不会有故障电流通过,零序保护、间隙保护均不会误动。

2) 当变压器中性点接地且有故障时, 中性点套管CT流过故障电流,零序保护动作 ;间隙零序电流因间隙CT无电流而不动作 ;间隙过压保护取自母线PT开口三角,当变压器中性点接地时,即使发生接地故障,由于中性点电位为零,PT开口三角电压近似等于相电压即二次侧电压为100V,而间隙过压保护规程规定定值为180V,因此间隙过压不会误动作。

3) 当变压器中性点不接地且有故障时,间隙回路如有电流通过时中性点零序回路也必然有电流通过,但整定上间隙保护比中性点零序过流保护灵敏且快,若整定正确的话,中性点零序过流保护不会误动作的 ;若系统故障产生的过电压造成间隙击穿此时间隙过流和零序方向保护均可能启动,但由于间隙过流定值远小于零序方向过流保护定值且时延也较短,间隙过流保护会先动,因此零序方向过流也不会误动。

3结论

根据以上分析,可以认为XX站2号主变保护的中性点零序保护和中性点间隙保护可以同时投入运行,即压板2LP23和2LP24在正常运行时可以同时投入。并且两个保护同时投入,还可以避免操作时发生人为漏投退保护的现象。

变压器中性点运行方式 第4篇

深圳电网某110kV变压器中性点小电抗接地装置的接线如图1所示。

从图1可以看出:各变压器中性点原有的接地刀闸 (如111000等) 和避雷器 (如BL10等) 仍保留;各中性点电抗接地装置 (包括接地电抗器、阻抗转换开关、避雷器等成套装置) 通过新增的隔离刀闸 (如111100等) 连接到变压器中性点。

该装置若投运则3套同时投运, 若退出则同时退出, 不存在只有1套或2套运行的情况。接地装置运行或退出, 由新增的隔离刀闸111100、112100、113100的合、分来操作。当该刀闸组分开时, 整套电抗接地装置退出运行, 而原来的接地刀闸和避雷器仍在运行。

在装置投入运行时, 原来的接地刀闸111000、112000、113000须分开, 但当进行某台变压器投、切操作时, 按照有关规程的要求, 原来的接地刀闸须临时合上, 操作完毕后再分开。

2 大方式下不同台数变压器运行时电抗器的临界电抗值的计算

大方式下:系统正序阻抗Z1=7.135Ω

系统负序阻抗Z2=7.135Ω

系统零序阻抗 (变压器中性点不接地时)

Z00=9.842Ω

单台变压器零序阻抗ZTR0=31.46Ω

单台变压器中性点等效零序电抗Z′TR0=3ZL+ZTR0ZL为电抗器阻抗。

n台变压器运行时变压器中性点等效零序电抗∑Z′TR0=Z′TR0/n

单相接地时母线短路电流:

其中Z0为变压器接地后系统的零序电抗Z0=Z′00‖∑Z′TR0

变压器分担的短路电流ITR=I母Z00/ (∑Z′TR0+Z00)

由ITR允许值解出ZL临界值。

3 变压器中性点过电压的安全问题

通过上述计算, 当电抗接地装置投入运行后, 变压器中性点可能出现的最大工频电压 (经计算为35.15kV) 比变压器不接地时 (经计算为43.65kV) 为低。此时, 除装置本身带有的新增避雷器组投入运行外, 原避雷器仍被接入, 即2组避雷器并联运行。由于新增避雷器组的额定电压 (51kV) 比原避雷器组 (72kV) 为低, 所以原避雷器组虽然运行但不会动作, 即由残压较低的新增避雷器组 (134kV) 承担限制过电压的作用, 这样就满足了变压器中性点经电抗器接地所需的较低的绝缘配合要求, 保证了接地装置的安全。而原避雷器组因其额定电压较高, 因此也是安全的。当电抗接地装置退出运行时, 新增避雷器组也退出运行, 只有原避雷器被接入, 这样也满足了变压器中性点不接地所需较高的绝缘配合要求;同时, 额定电压较低的新增避雷器组也因退出运行而安全。

由此分析可知, 电抗接地装置无论投入或退出, 对该装置的绝缘及其所附和原有的避雷器都是安全的。

4 当单相接地时, 变压器承受短路电流的安全问题

经计算得知, 若变压器中性点直接接地, 则当单相接地时变压器承受的短路电流 (大方式下2180A;小方式下2099A) 将超过变压器允许的短路电流 (1600A) , 会威胁变压器的安全, 因此变压器中性点不能以直接接地的方式运行。为了使该站变压器中性点能经电抗器接地运行, 电抗接地装置采用加大每台变压器中性点电抗器电抗值的方法, 将单相接地时变压器的短路电流限制到允许值内 (设计为:大方式下1362A;小方式下1046A) , 以保证变压器的运行安全。

如果接地电抗器的电抗值因种种原因小于额定值, 则单相接地时变压器的短路电流将大于设计值, 当电抗器的电抗值小于某临界值时该电流将超过允许值1600A。表1列出当不同台数变压器运行时, 在大方式下电抗器的临界电抗值和额定值。由表1可以看出, 在典型情况下, 因电抗器电抗值的减小将造成变压器短路电流大于允许值。

电抗器阻值减小的故障, 可以很容易地通过在投运前测量阻抗值 (只要用能测电感的万用表就可测得) 的手段发现。电抗器阻值减少的原因, 主要是外电路短路或匝间短路, 采用集合套装的电抗器是装在箱体内的, 外电路短路的可能性很小, 而匝间短路造成的电抗值变化较小。电抗器投入运行后, 在非接地故障状态下, 由于处于很低的中性点电压作用, 发生匝间短路的可能性很小。因此, 若投运前已验证电抗器阻值正常, 则对变压器造成威胁只限于单相接地故障过程中电抗器发生匝间短路、且电抗值减小至上述不同工况下的不同临界值的情况。尽管如此, 也应在电抗器每次动作后进行阻值测量, 以便进一步减小发生故障的概率。系统发生单相接地故障的几率并不多, 电抗器不会频繁动作, 因此采取这种预防措施是可行的。

5 结束语

变压器中性点运行方式 第5篇

首先了解变压器的绝缘原则：变压器的绝缘按照绝缘类型分类可分为半绝缘和全绝缘。半绝缘就是变压器靠近中性点部分绕组的主绝缘其绝缘水平比端部绕组的绝缘水平低，而与此相反，变压器首端与尾端绕组绝缘水平一样称为全绝缘。35 kV及以下电压等级变压器是中性点不接地运行，绝缘等级要求高，所以35 kV变压器都是全绝缘，而110 kV及以上电压等级的变压器是中性点接地运行，另外考虑绝缘投资的问题，都采用半绝缘或者称为分级绝缘。110 kV、220 kV是供电网络的主要电压等级，由于电压很高, 中性点一般采用直接接地方式，但由于继电保护整定配置及防止通讯干扰等方面的要求，为了限制单相短路电流，其中有部分变压器采用中性点不接地方式。在这种运行方式下，由于雷击、单相接地短路故障等会造成中性点过电压，对中性点的绝缘造成很大威胁，因此对于采用分级绝缘的变压器必须采取措施对其中性点绝缘进行保护，以防过电压造成变压器的损坏甚至事故发生。

2 变压器中性点保护设置

随着110 kV新建变电站的投产和老变电站的增容或改造，不仅为数众多的110 kV变压器将挂网运行，而且一个站多台变压器并列运行的情况也将大量出现。在我国，由于110 kV电网属于大电流接地系统，因此变压器中性点接地方式及其保护配置，不仅对电网和设备的安全运行至关重要，而且还直接影响供电的连续性和可靠性。因此对大电流接地系统中变压器中性点保护方式的优化选择显得尤为重要。

2.1 大电流接地系统中变压器中性点保护设置原则

在大电流接地系统中，变压器通常都需要装设零序电流保护，以保护变压器高压绕组引出线和母线的接地短路，并作为相邻线路及变压器本身主保护的后备保护。在电网实际运行中，为了保证系统运行方式发生变化时，零序网络保持基本不变，达到使接地保护范围基本不变的目的，以及为了降低整个电力系统的接地短路电流水平，通常采取将部分变压器中性点接地，另一部分变压器中性点不接地的运行方式。因此，如果仅仅设置零序电流保护，且其动作仅仅切除本变压器的话，当发生故障时，如果故障元件的保护拒绝动作，装有零序电流保护的中性点接地变压器将被切除，剩下中性点不接地的变压器挂网运行。若接地变压器切除后故障仍然存在，则不接地变压器中性点电位可能大幅度上升，故障点的间歇性电弧将产生危及电气设备绝缘的动态过电压。因此，为确保电网和设备的安全，设计中还应对中性点不接地变压器加装零序过电压保护或采取零序电流动作联跳保护中性点不接地变压器的措施。

3 电力系统中l10 kV变压器中性点保护设计方案

从笔者了解的资料看，目前l10 kV大电流接地系统中变压器中性点的保护设计主要有五种设计方案。

方案一：每台变压器在一次侧只设置中性点隔离开关，利用中性点隔离开关回路中的电流互感器构成单一零序电流保护，一次设备见图1。

方案二：每台变压器除一次侧配置中性点隔离开关外，还装设了放电间隙装置，利用中性点隔离开关回路和放电间隙回路共用的电流互感器构成单一零序电流保护，一次设备见图2。

方案三:变压器中性点一次设计与方案二相同, 但在二次上除利用中性点电流互感器构成零序电流保护外, 还引入零序电压构成间隙保护, 使每台变压器都具有零序电流保护和间隙保护。从二次设计上看, 该方案又分为在二次回路中引入中性点隔离开关辅助触点和不引人中性点隔离开关辅助触点两种方式, 一次设备见图2。

方案四:与方案三类似, 除每台变压器在一次侧配置中性点隔离开关外, 也装设了放电间隙装置。但不同的是其中性点隔离开关回路和放电间隙回路分别使用独立的电流互感器, 构成相互独立的零序电流保护和间隙保护, 一次设备见图3。

方案五：除了保证在发生接地故障时的过电压不能危及变压器中性点的绝缘外，也要考虑雷电过电压对变压器中性点绝缘的威胁，因此在变压器中性点保护设计时还应考虑雷电过电压的保护。方案一至方案四都可以在中性点隔离开关一旁并联接入避雷器，实现防止雷电过压对变压器中性点绝缘的危害，在此笔者仅以方案四为基础来说明并联避雷器的设计方案，一次设备见图4。

4 几种典型设计动作分析

当电网发生接地故障时，对于仅有一台变压器且中性点直接接地的变电站，上述方案动作一致，均由零序电流保护动作切除变压器。但是，当变电站存在接地变压器与不接地变压器并列运行的情况时，其动作情况则有较大的差别。

方案一和方案二：当电网发生接地故障时，中性点接地变压器零序电流保护启动后，以较短的延时切除不接地变压器；若故障仍未消除，再切除接地变压器。该设计虽然在任何情况下均不会出现中性点不接地变压器单独运行的情况，但苦故障发生在接地变压器，则将切除全部变压器；若运行人员误拉中性点隔离开关后电网出现故障，则无论故障多么严重，变压器中性点保护均将拒动。

方案三：该方案既可联跳，又可使零序电流保护和间隙保护相对独立动作，选择灵活。该方式联跳动作情况与方案一相同。对于非联跳设计，当电网发生接地故障时，中性点接地变压器零序电流保护启动切除本变压器；若故障仍未消除，则由间隙保护动作切除不接地变压器。

在二次回路中不引入中性点隔离开关辅助触点和引入中性点隔离开关辅助触点的区别，主要在于中性点保护方式的切换：前者零序电流保护和间隙保护由运行人员根据变压器中性点接地方式的变更，投退保护出口压板；后者则零序电流保护和间隙保护将由中性点隔离开关辅助触点实现自动切换, 后者在实际工程中使用较多。

方案四：由于中性点隔离开关回路和放电间隙回路分别使用独立的电流互感器，其投退情况完全由中性点隔离开关的操作来决定，因此既不必在设计中采取联切措施，也不必在二次回路中引入中性点隔离开关辅助触点或采取人工手动投退压板切换保护。当电网发生接地故障时，中性点接地变压器零序电流保护启动切除接地变压器；若故障仍未消除，则由间隙保护动作切除不接地变压器。该方案在实际工程有不俗表现。

方案五：该方案的动作分析与方案四一致，但是由于避雷器的并联接入，有效防止雷电过电压对变压器中性点绝缘的危害，但此时放电间隙和避雷器的动作顺序存在配合问题。根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定“当系统单相接地系数大于5时间隙才动作，间隙在雷电接地瞬态过电压下不应动作；避雷器在工频和操作过电压下不应动作，在雷电接地的瞬态过电压下才动作。”选用该方案时需要注意放电间隙的工频放电电压和避雷器雷电冲击残压两个参数的配合。该方案使一次保护设备成为一套完整的保护装置，目前市场上已经有成熟的产品。

5 结论

方案一：采用中性点零序电流保护联切不接地变压器方式，在某些故障情况下将切除变电站所有变压器。这必将严重影响供电的连续性和可靠性，不利于提高供电质量和可靠性，不应采用。

方案二：根据变压器中性点接地方式的变更而由运行人员频繁地投退保护出口压板，不能满足设计简单、操作方便、适应性强的设计原则，不宜选用。

方案三：在二次回路中引入中性点接地刀闸辅助触点方式，由于实际运行中曾多次出现因辅助触点切换不到位而造成保护拒动和误动的情况，因此该方式实际工程中存在一定的弊端，需谨慎采用。

方案四：中性点隔离开关回路和放电间隙回路分别使用独立的电流互感器，改变了变压器中性点保护互相制约、互相影响的状况，使其能自动适应变压器中性点方式的切换。同时，由于正常运行时间隙回路无电流，所以间隙过电流的动作电流值不需要与其他保护相配合，提高了灵敏度，缩短了动作延时。因此，该设计方案在实际工程中广泛采用。

方案五：该方案除具有方案四的优点外还兼顾防雷方面要求，该方案中全面考虑了变压器中性点可能遭受的过电压威胁，保护更加全面，整个保护保护方案可以有一套完整的保护装置来实现，节约占地面积，提高保护精度。因此该方案是目前变压器中性点接地保护的优选方案。

总之，变压器中性点保护方案的选择直接决定着变压器中性点保护效果的优劣，在工程中根据变压器的实际工况择优选用。

摘要：变压器是电力系统中的重要电力设备, 其安全运行是保证电力系统安全性, 可靠行的必要基础。110kV及以上电压等级的变压器都采用分级绝缘的方式, 其中性点的绝缘水平比线端低的多, 而其中性点不可避免的遭受过电压的威胁, 因此变压器中性点的保护方案既重要又必须。

关键词：变压器,中性点保护方案,动作分析

参考文献

[1]GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》.

[2]DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》.

电力系统中性点运行方式的探讨 第6篇

1 电力系统中性点接地方式的分类

电力系统中性点接地方式有两大类:一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地, 称为大接地电流系统;另一类是中性点不接地, 经过消弧线圈或高阻抗接地, 称为小接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。

1.1 中性点不接地系统

中性点不接地方式, 即中性点对地绝缘, 结构简单, 运行方便, 不需任何附加设备, 投资省, 适用于农村10k V架空线路长的辐射形或树状形的供电网络。中性点不接地系统发生单相接地故障时, 其接地电流很小, 若是瞬时故障, 一般能自动消弧, 非故障相电压升高不大, 不会破坏系统的对称性, 可带故障连续供电2h, 从而获得排除故障时间, 相对地提高了供电的可靠性。

当中性点不接地的系统中发生一相接地时, 接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏, 它们可以继续运行, 但是这种电网长期在一相接地的状态下运行, 也是不能允许的, 因为这时非故障相电压升高, 绝缘薄弱点很可能被击穿, 而引起两相接地短路, 将严重地损坏电气设备。

所以, 在中性点不接地电网中, 必须设专门的监察装置, 以便使运行人员及时地发现一相接地故障, 从而切除电网中的故障部分。

在中性点不接地系统中, 当接地的电容电流较大时, 在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧, 即周期地熄灭与重燃的电弧。

由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路, 间歇电弧将引起相对地的过电压, 其数值可达 (2.5~3) Ux。这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上, 更容易引起另一相对地击穿, 而形成两相接地短路。

在电压为3~10k V的电力网中, 一相接地时的电容电流不允许大于30A, 否则, 电弧不能自行熄灭。在20~60k V电压级的电力网中, 间歇电弧所引起的过电压, 数值更大, 对于设备绝缘更为危险, 而且由于电压较高, 电弧更难自行熄灭。因此, 在这些电网中, 规定一相接地电流不得大于10A。

1.2 中性点经消弧线圈接地系统

当一相接地电容电流超过了上述的允许值时, 可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决, 该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。

采用中性点经消弧线圈接地方式, 即在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈,

消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成, 它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小, 电抗很大。消弧线圈的电感, 可用改变接入绕组的匝数加以调节。显然, 在正常的运行状态下, 由于系统中性点的电压三相不对称电压, 数值很小, 所以通过消弧线圈的电流也很小。采用过补偿方式, 即使系统的电容电流突然的减少 (如某回线路切除) 也不会引起谐振, 而是离谐振点更远。

在系统发生单相接地故障时, 利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿, 使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围, 其特点是线路发生单相接地时, 按规程规定电网可带单相接地故障运行2h。对于中压电网, 因接地电流得到补偿, 单相接地故障并不发展为相间故障, 因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性, 大大的高于中性点经小电阻接地方式。

在中性点经消弧线圈接地的系统中, 一相接地和中性点不接地系统一样, 故障相对地电压为零, 非故障相对地电压升高至倍, 三相线电压仍然保持对称和大小不变, 所以也允许暂时运行, 但不得超过两小时, 消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要, 因为它使接地处的电流大大减小, 电弧可能自动熄灭。接地电流小, 还可减轻对附近弱点线路的影响。

在中性点经消弧线圈接地的系统中, 各相对地绝缘和中性点不接地系统一样, 也必须按线电压设计。

1.3 中性点直接接地系统

中性点经电阻接地方式, 即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路, 由于电阻是耗能元件, 也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件, 对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压, 有一定优越性。

中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中, 当发生一相接地时, 这一相直接经过接地点和接地的中性点短路, 一相接地短路电流的数值最大, 因而应立即使继电保护动作, 将故障部分切除。

中性点直接接地或经过电抗器接地系统, 在发生一相接地故障时, 故障的送电线被切断, 因而使用户的供电中断。运行经验表明, 在1000V以上的电网中, 大多数的一相接地故障, 尤其是架空送电线路的一相接地故障, 大都具有瞬时的性质, 在故障部分切除以后, 接地处的绝缘可能迅速恢复, 而送电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内, 为了提高供电可靠性, 均装设自动重合闸装置, 在系统一相接地线路切除后, 立即自动重合, 再试送一次, 如为瞬时故障, 送电即可恢复。

中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时, 非故障相地对电压不会增高, 因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。电网的电压愈高, 经济效果愈大;而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中, 单相接地电流往往比正常负荷电流小得多, 因而要实现有选择性的接地保护就比较困难, 但在中性点直接接地系统中, 实现就比较容易, 由于接地电流较大, 继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路, 且保护装置简单, 工作可靠。

2 目前我国电力系统中性点的运行方式

目前我国电力系统中性点的运行方式, 大体是:

2.1 对于6~10k V系统,

由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大, 为了提高供电可靠性, 一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。

2.2 对于110k V及以上的系统,

主要考虑降低设备绝缘水平, 简化继电保护装置, 一般均采用中性点直接接地的方式, 并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施, 以提高供电可靠性。

2.3 20~60k V的系统,

是一种中间情况, 一般一相接地时的电容电流不很大, 网络不很复杂, 设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著, 所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。

2.4 1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行。但电压为380/220V的系统,

采用三相五线制, 零线是为了取得机电压, 地线是了安全。

3 结论

电力系统中性点运行方式的探析 第7篇

电力系统中性点接地方式有两大类, 一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地, 称为大接地电流系统, 另一类是中性点不接地, 经过消弧线圈或高阻抗接地, 称为小接地电流系统。其中采用电广泛的是中性点接地, 中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。

1.1 中性点不接地系统。

中性点不接地方式, 即中性点对地绝缘, 结构简单, 运行方便, 不需任何附加设备, 投资省、适用于农村10k V架空线路长的辐射形或树状形的供电网络。当中性点不接地的系统中发生一相接地时, 接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏, 它们可以继续运行, 但是这种电网长期在一相接地的状态下运行, 也是不能允许的, 因为这时非故障电压升高, 绝缘薄弱点很可能被击穿, 而引起两相接地短路, 将严重地损坏电气设备。所以, 在中性点不接电网中, 必须设专门的监察装置, 以便使运行人员及时地发现一相接地故障, 从而切除电网中的故障部分。在中性点不接地系统中, 当接地的电容电流较大时, 在接地处引起的电弧就很难自行熄灭, 在接地处还可能出现所谓间隙电弧, 即周期地熄灭火与重燃的电弧。由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路, 间歇电弧将引起相对地的过电压, 其数值可达 (2.5~3) UX, 这种过压会传输到接地点有直接电连接的整个电网上, 更容易引起另一相对地击穿, 而形成两相接地短路。

在电压为3~10k V的电力网中, 一相接地时的电容电流不允许大于30A, 否则, 电弧不能自行熄灭, 在20~60k V电压级的电力网中, 间歇电弧所引起的过电压, 数值更大, 对于没设备绝缘更为危险, 而且由于电压较高, 电弧更难自行熄灭, 因此, 在这些电网中, 规定一相接地电流不得大于10A。

1.2 中性点经消弧线圈接地系统。

当一相接地电容电流超过了上述的允许值时, 可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决, 该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。

采用中性点消弧线圈接地方式, 即在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈, 消弧线圈主要带有气隙的铁芯和套在铁芯上的绕阻组成, 它们被放在充满变压器油的油箱内, 绕组的电阻很小, 电抗很大。消弧线圈的电感, 可用改变接入绕组的匝数加以调节, 显然, 在正常的运行状态下, 由于系统中性点的电压三相不对称电压, 数值很小, 所以通过消弧线圈的电流也很小, 采用过补偿方式, 即使系统的电容电流突然的减少 (如某回线路切除) 也不会引起谐振, 而是离谐振点更远。

在系统发生单相接地故障时, 利用消弧线圈的电感电流对接地电容电流进行补偿, 使流过接地点的电流减小到能自行熄弧范围, 其特点是线路发生单相接地时, 按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时, 对于中压电网, 因接地电流得到补偿, 单相接地故障并不发展为相间故障, 因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性, 大大的高于中性点经小电阻接地方式。在中性点经消弧线圈接地的系统中, 一相接地和中性点不接地系统一样, 故障相对地电压为零, 非故障相对地电压升高至倍, 三相线电压仍然保持对称和大小不变, 所以也允许暂时运行, 但不得超过两小时, 消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要, 因为它使接地处的电流大大减小, 电弧可能自动熄灭。接地电流小, 还可减轻对附近弱点线路的影响。在中性点消弧线圈接地的系统中, 各相对绝缘和中性点不接地系统一样, 也必须按线电压设计。

1.3 中性点直接接地系统。

中性点经电阻接地方式, 即中性点与大地之间接入一定阻值的电阻, 该电阻与系统对地电容构成并联回路, 由于电阻是耗能元件, 也是电容电荷释放元件和谐振的阻压元件, 对防止谐振过电压和间歇性电弧接地过电压, 有一定的优越性。

中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零, 在这种系统中, 当生一相接地时, 这一相直接经过接地点和接地的中性点短路, 一相接地短路电流的数值最大, 因而应立即使继电保护动作, 将故障部分切除。

中性点直接接地或经过电抗器接地系统, 在发生一相接地故障时, 故障的送电线被切断, 因而使用户的供电中断, 运行经验表明, 在1000V以上的电网中, 大多数的一相接地故障, 尤其是架空送电线路的一相接地故障, 大都具有瞬时的性质, 在故障部分切除后, 接地处的绝缘可能迅速恢复, 而送电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内, 为了提高供电可靠性, 均装设自动重合闸装置, 在系统一相接地线路切除后, 立即自动重合, 再试送一次, 如为瞬时故障, 送电即可恢复。

中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时, 非故障相对电压不会增高, 因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑, 电网的电压愈高, 经济效果愈大, 而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中, 单相接地电流往往比正常负荷电流小得多, 因而要实现有选择性的接地保护就比较困难, 但在中性点直接接地系统中, 实现就比较困难, 但在中性点直接接地系统中, 实现就比较容易, 由于接地电流较大, 继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路, 且保护装置简单, 工作可靠。

2 目前我国电力系统中性点的运行方式

目前我国电力系统中性点的运行方式, 大体是:

2.1 对于6~10k V系统, 由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设

备造价影响不大, 为了提高供电可靠性, 一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。

2.2 对于110k V及以上的系统, 主要考虑降低设备绝缘水平, 简

化继电保护装置, 一般均采用中性点直接接地的方式, 并采用送电线路全线架设避雷线和装机自动重合闸装置等措施, 以提高供电可靠性。

2.3 20~60k V的系统, 是一种中间情况, 一般一相接地时的电容

电流不很大, 网络不很复杂, 设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著, 所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。

2.4 1k V以下的电网的中性点采用不接地方式运行, 但电压为

380/220V的系统, 采用三相五线制, 零线是为了取得机电压, 地线是为了安全。

3 结论

变压器中性点运行方式 第8篇

关键词：主变,中性点,运行方式,故障,保护

0 引言

随着经济高速发展, 电网规模不断扩大, 变电站数量不断增加, 同一变电站内并列运行的主变台数也越来越多。目前佛山电网共有变电站201座, 其中500k V变电站4座, 220k V变电站29座, 110k V变电站168座。110k V变电站主变运行方式为分列运行, 220k V、500k V变电站主变运行方式为并列运行, 其中3台主变并列运行的220k V变电站有16座。每个220k V变电站作为一个电源, 正常情况下必须且只允许有一台变压器中性点接地。对于有3台及以上主变并列运行的变电站, 以往在选择哪台主变中性点接地作为正常运行方式上比较随意, 运行规程也没有相关的规定。如果由于中性点接地的主变投入中性点零序电流保护, 中性点不接地的主变投入中性点间隙保护, 当系统发生接地故障时, 中性点接地的主变保护动作情况与中性点不接地的主变保护动作情况会不一样, 其相应动作于跳闸的开关也会不同, 停电范围也就不一样。

1 主变中性点运行方式与主变保护的关系

与主变中性点运行方式相关的保护有:零序电流保护、间隙过电压保护和间隙零序电流保护, 它们作为母线、相邻线路接地故障的后备保护, 同时兼作主变内部接地故障的后备保护。中性点零序电流保护反映变压器中性点直接接地时的系统单相接地故障, 中性点间隙过电压保护和中性点间隙零序电流保护反映变压器中性点不接地时的系统单相接地故障。中性点零序TA接于中性点套管内;间隙零序TA接于间隙下部, 介于间隙与地之间 (如图1所示) ;间隙过电压保护的动作量采自变压器所在母线TV的开口三角零序电压。

佛山供电局220k V主变110k V侧设置的零序电流保护包括零序方向过流Ⅰ、Ⅱ段和零序过流保护。零序方向过流保护反映110k V母线接地故障并作为线路接地故障的远后备, 零序过流保护反映主变内部接地故障。零序方向过流定值2.4A, Ⅰ段动作时限0.95s, 跳110k V母联、分段开关, Ⅱ段动作时限1.2s, 跳主变变中开关;零序过流定值0.75A, 动作时限0.75s, 跳主变各侧开关。110k V侧间隙零序电流定值0.5A, 间隙零序电压定值160V, 保护动作时限1.2 s, 跳主变各侧开关。

当变电站母线发生接地故障, 或线路发生接地故障保护拒动, 则中性点接地的主变零序电流保护动作将母联断路器断开, 以缩小故障影响范围, 如故障点在中性点接地的主变系统中, 零序电流保护会在设定的时间内切除该主变;如故障点在中性点不接地的主变系统中, 此局部系统变成中性点不接地系统, 此时中性点电位将升至相电压, 分级绝缘的变压器绝缘将遭到破坏, 中性点间隙过电压和间隙零序电流保护的任务就是在中性点电压升高到危及中性点绝缘之前, 可靠地将变压器切除, 以保证变压器绝缘不受破坏。

主变中性点直接接地时, 中性点零序电流保护投入, 间隙保护 (即间隙过电压保护和间隙零序电流保护) 不起作用, 为了防止误动应将其退出;中性点不接地时, 间隙保护投入, 中性点零序电流保护不起作用, 为了防止误动应将其退出。

2 不同主变中性点运行方式下的接地故障分析

以220k V藤沙站的110k V侧结线为例 (如图2所示) , 正常方式下母联100开关分、110开关合。

2.1#1主变中性点接地

若#1主变中性点接地, 110k V线路接地故障时有以下情况:

(1) 110k V1M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#1主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段111开关、母联100开关, 1.2s后跳#1主变变中101开关, 110k V1M失压。

(2) 110k V2M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#1主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段111开关、母联100开关, #2、3主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V2、5、6M失压。

(3) 110k V5M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#1主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段111开关、母联100开关, #2、3主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V2、5、6M失压。

(4) 110k V6M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#1主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段111开关、母联100开关, #2、3主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V2、5、6M失压。

2.2#2主变中性点接地

若#2主变中性点接地, 110k V线路接地故障时有以下情况:

(1) 110k V1M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#2主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, #1、3主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V1、5、6M失压。

(2) 110k V2M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#2主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, 1.2s跳#2主变变中102开关, 110k V2M失压。

(3) 110k V5M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#2主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, #1、3主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V1、5、6M失压。

(4) 110k V6M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#2主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, #1、3主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧, 110k V1、5、6M失压。

2.3#3主变中性点接地

若#3主变中性点接地, 110k V线路接地故障时有以下情况:

(1) 110k V1M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#3主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, #1主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V1M失压。

(2) 110k V2M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#3主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, #2主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V2、6M失压。

(3) 110k V5M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#3主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, 1.2s跳#3主变变中103开关, 110k V5M失压。

(4) 110k V6M上的线路发生接地故障, 出线开关拒动。此时#3主变变中零序电流保护动作0.95s跳分段112开关、母联100开关, #2主变变中间隙过电压保护动作1.2s跳三侧开关, 110k V2、6M失压。

对110k V线路接地故障开关拒动时各种情况的失压母线进行统计, 如表1所示, 可以看出, 正常运行方式 (即母联100开关分、110开关合) 时, 110k V线路发生接地故障开关拒动的情况下, #3主变中性点接地时的失压母线数最少, 供电可靠性最高。其他结线方式也可依照此方法进行分析, 确定主变中性点的运行方式。

3 结语

供电可靠性是电力系统的一项重要指标, 在保证电力供应安全、优质、经济的前提下, 还应满足供电的可靠性的要求。不但要做好计划停电工作、合理安排运行方式, 在故障发生时也应尽量减少对用户的停电, 而不同的运行方式, 直接影响故障时的停电范围。主变中性点的运行方式安排亦要根据系统接线方式的变化进行详细分析, 确定最优方案。

参考文献

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社, 1996

[2]杨正理, 黄其新, 王士政.电力系统继电保护原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2010

[3]龚英, 豆朋.主变间隙保护动作时限探讨[J].高电压技术, 2011, 37 (10) , 增刊2:351-352