中性点接地装置的选择

第一节发电机中性点接地方式及装置选择

DL5000-1994《火力发电厂设计技术规程》规定：发电机中性点的接地方式可采用不接地、经消弧线圈或高电阻接地方式。对于容量为300MW 及以上的发电机，应采用中性点经消弧线圈或高阻接地的方式。

国内个别进口机组，其发电机中性点经低阻抗接地。这种接地方式可以把单相接地电流限制在发电机出口三相短路电流值之内，使继电保护快速动作跳机，但铁芯烧损难于避免，所以规程不推广使用。一、发电机中性点不接地

发电机内部发生单相接地故障不要求瞬时切机时，单相接地故障电容电流不得大于表5-1所示允许值。

表5-1 发电机接地故障电流允许值

发电机额定电压（KV) 发电机额定容量（MW) 电流允许值(A) 6.3 ≤50 4 10.5 50～100 3 13.8～15.75 125～200 2* 18～20

≥300

*对额定电压为13.8～15.75KV 氢冷发电机为2.5A.

当发电机中性点不接地时，其中性电应装设电压为额定相电压的避雷器。当发电机为直配线时，其出线端应加装电容器和避雷器。二、发电机中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地的发电机，在正常情况下，长时间中性点位移不应超过额定相电压的10%，考虑到限制传递过电压等因素，脱谐度不宜超过±30%，消弧线圈的分接头应满足脱谐度的要求。消弧线圈的分接头宜选用不少于5个。中性点位移电压按式（5-1）计算 v

d U

U bd o 2

(5-1)

C I I I v -=

(5-2)

式中U O --中性点位移电压，kV;

U bd---消弧线圈投入前发电机回路中性点不对称电压，可取0.8%相电压； d--阻尼率，可取3%～5%； V--脱谐度；

I c---发电机回路的电容电流，A ； I L---消弧线圈电感电流。

消弧线圈的补赏容量，可按式（5-3）计算

3U KI Q NL c = (5-3)

式中Q--补偿容量，kVA;

K--系数，过补偿取1.35，欠补偿按脱谐度确定； I c---发电机回路的电容电流，A ； U NL --发电机回路的额定线电压，kV.

发电机电压回路得电容电流，应包括发电机、变压器和连接导体的电容电流。当回路装有直配线（如线路电容）或电容器（有的发电机为限制过电压度，装有浪涌吸收器，国产机组不装浪涌吸收电容器）时，尚应计及这部分电容电流。

对于采用单元连接的发电机中性点的消弧线圈，为了限制电容耦合传递过电压以及频率变动等对发电机中性点位移电压的影响，宜采用欠补偿方式。

在发电机中，发电机电压消弧线圈可装在发电机中性点上，也可装在厂用变压器中性点上。当发电机与变压器为单元连接时，消弧线圈应装在发电机中性点上。

【例5-1】 300MW 发电机，额定电压U N =20KV,发电机主回路总电容值C= 0.218μF,试确定消弧线圈的容量及分接位置。

解：发电机每相容抗 ()Ω?=?==36

106.14218.03141021fc X c π

考虑10%的欲度 ()Ω?=??=3310161.1106.14cj X 单相电容电流 ()A ==

722.03cj

c X U I 接地故障总电流 ()A ==17.23c cf I I 由式（5-2）得 ()()()A -=-=v v I I c L 117.21

不同v 值下的补偿电流值见表5-2。表5-2 不同脱谐度下的补偿电流

V(%)（假定） 30 25 20 15 10 5 I L (%) 70

80 85 90 95 i L (A)

1.519 1.628

1.736 1.845 1.953

2.06 分接位置（A) 1.5

1.6

1.7 1.8 1.9

2.0 2.1 2.3 2.5 V(%)(实际） 30.88 26.27

21.66

17.05

12.44

7.83

3.23

设k 为欲度系数1.05～1.1，容量 ()kVA I U k

Q cm N 3.305.23

05.13=== 答：根据计算结果，消弧线圈选择如下：

干式单相，容量为30kVA ，分接为9级，电流1.5～2.5A 。二次电压0.1kV 。表5-3 300MW 发电机中性点消弧线圈数据

型号

容量（kVA )

一次电

压（kV) 二次电

压（kV)

各级电流（A)

发电厂

制造厂 XDG-35 320

单相.干式 35 320 0.1 1.0～2.7（1.0，1.2，1.4，1.6，1.8，20.，2.2，2.5，2.7）9级

安阳

阜新封

闭母线厂

XDG-35 320 单相.干式 35 320 0.1

2.1～2.9（2.1，2.3，2.5，2.7，2.9）5级

华鲁 XDG-54 320

单相.干式 54

2005

0.1 2～5

深圳

XDG-30 320 单相.干式 30 320 0.1

1.7，～

2.3（1.7，1.8，1.9，2.0，2.1，2.2，2.3）7级

威海 XDG-54 320 单相.干式 54

2005

.1 0.1 1.25～4.25 9级

铁岭

XDG-190 375.15

单相.干式 190

75.1505

0.1 9.5～19 9级岩滩

XDG-30 320

单相.干式 30 320 0.1 1.7～2.5（1.7，1.8，1.9，2.0，2.1，2.2，2.3，2.4，2.5）9级

十里泉 XDG-85

318

单相.干式 85 318 0.1 3.9～7.8 9级

天生桥

XDG-20 318

单相.干式 20 318 0.1 1.4～2.5（1.4，1.6，1.8，2.2，2.5） 5级

渭河

XDG-26318

单相.干式 26 318 0.1 1.6～2.5 5级黄台

XDG-26/18 单相.干式 26

318

0.08-0

1.25～

2.5（1.25，1.49，1.77，2.1，2.5）5级

邹县

上海电机厂

发电机中性点是经高阻接地，还是采用消弧线圈接地，虽然众议纷纷，但因很难指出两者各自的之名弱点，所以目前两种接地方式均被大两采用。国内部分电厂300MW 发电机消弧线圈接地的数据见表5-3。

合理的选取脱谐度υ的数值，可以限制传递过电压，防止虚幻接地现象发生。如图5-1所示，发电机接有消弧线圈，当变压器高压侧发生单相接地时，会在低压侧产生传递过电压。

计算传递过电压的等值电路如图5-2所示。

在等值电路中，C 11为发电机回路每相总电容，C f =3C 11,C 12为变压器1、2次绕组间电容，L 为消弧线圈电感，U 10为单相接地，高压侧零序电压。低压侧感应电压U '(忽略电导g ）为 2

122

1210

1???

??+???? ??+=

C C C C U

U f f (5-4)

其中 C C I

I I f

f c

v ωωω1-

式中 υ--脱谐度；

d 2---低压回路的阻尼率。

众所周知，通常低压侧回路发电机的电容很大，则C f 》C 12,当中性点不接消弧线圈时（即υ=1），感应电压U ’很小。如果发电机停运（如两绕组两分裂变压器，

其中一个线圈所接发电机解列），则C f 就变得很小，它只包括变压器低压侧电容和母线杂散电容，当高压侧发生单相接地时，二次侧会出现很高的零序电压，甚至会引起电压互感器回路的谐振过电压，导致低压回路电气设备损坏。为防止这种过电压，可在变压器低压侧一相线圈上加装一支同电压等级的避雷器，以保护低压侧电气装置。

【例5-2】丰满发电厂水电厂发电机电压U N =13.8kV ，中性点接有消弧线圈，变压器高压侧U 10=154kV ，中性点经消弧线圈接地。当高压侧发生故障时，低压侧的接地信号装置动作，造成低压侧虚幻接地。试分析原因，并设法消除。

解：根据测试结果C f/C 12=240,υ≈0,令d 2=5% 则 ()

()kV U U d C C C C f f 3

.1205.024********

2122

1210

?+=

???

??+???? ??+=

υ 确能引起低压侧接地信号动作。

为防止虚幻接地，可将消弧线圈调到过补偿状态，使脱谐度υ=-20%，则 ()()

()kV U 3

.305.02402.024013154

?+?+=

当高压侧单相接地时，低压侧虚幻接地现象消失。

答：为防止虚幻接地，可将消弧线圈调到过补偿状态，使脱谐度为-20%，则高压侧单相接地时，低压侧虚幻接地现象消失。

三、发电机中性点经高阻接地

高电阻接地方式广泛应用于发电机--变压器接成单元接线的大中型发电机上。高电阻R N 是通过配电变压器接入发电机的中性点上，接线方式如图5-3所示。

电阻R N 的大小和配电变压器的容量由以下条件决定。

（1）为了定子铁芯的安全，接地故障有功电流值应限制在10～15A 以下，

即2

15N

U R Nph N ?

(5-5)

式中U Nph---发电机额定相电压，V ； N--配电变压器变比。

（2）当发电机一相接地故障，为减小健全相的稳态过电压，R N 适当取小些。（3）为限制健全相的动态过电压，R N 应满足式（5-6）的要求 ()

t f N C C N R +=

ω31

2 （5-6）

式中 C f --发电机每相对地电容； C t --发电机外部每相电容。

这样可在单相接地时，健全相的动态过电压不超过2.6U x ,故障相过电压不超过1.2U x ,中性点过电压不超过1.6U x 。

（4）为防止主变压器高压侧接地故障时，发电机侧感应电压达到一定值，致使基波零序电压型接地保护误动作，R N 取小值合适。

（5）为限制接地的电流在规定的范围内，电阻R N 同样应满足式（5-6），即 ()

t f N C C N R +=

ω31

2 （5-7）

式（5-7）表明∑

C R N N ω31

2，即中性点接地电阻一次值N 2R N 应等于发电机三相回路总容抗值。此时，单相接地故障有功电流与电容电流相等。一般发电机回路的电容电流不超过10A ，由于R N 的接入，将是单相接地故障总电流小于

A A A 151.14102?=。

发电机经配电变压器（二次接电阻）接地时，其容量较中性点单相电压互感器（一般S max =2kVA,200MW 发电机多采用此种接地方式）打得多，这样对降低发电机定子绕组过电压，防止发生谐振是十分有利的。但这种接地方式其单相接地故障电流大，为保证大型机组的安全，就必须使定子接地动作于跳闸跳机，当系

统后备容量不足时，这种接地方式就不能认为是合理的。东北电力设计院曾建议东北地区300MW 发电机采用中性点经消弧线圈接地方式，同时选用无死区的定子接地保护。当发生单相接地故障时，定子接地保护灵敏动作，发出警报信号，值班人员及时与上级调度联系，立即转移负荷，以实现障碍机组平稳停机。

国内部分发电机经配电变压器（二次接电阻）的使用情况表5-4 。四、300MW 及600MW 发电机中性点经高阻接地，电阻值及配电变压器的容量的选择

（1）配电变压器一次电压U 1。发电机回路单相接地时，中性点暂态过电压不超过1.6U x ,此电压下变压器铁芯不致饱和，设发电机额定电压为U N (kV)，电压变动系数取1.05，则 N N

U U U 97.005.16.13

1=??= 取U 1=U N 。

（2）配电变压器二次电压U 2。根据二次设备额定电压选取，一般取0.19kV 或0.23kV 。

表5-4 发电机中性点接地变压器及二次负载电阻技术参数型号

型式

变压器容

量

（kVA) 变压器电压比

（kV)

二次电阻

（Ω）二次电阻额定容

量（kW)

二次电阻10s 容

量

（kW) 发电厂

制造厂

单相、干式 20

5%/0.22

1.2

200A 30min

辽宁（发电厂

50MW/10.5kV )

民主德国

FDG-30 单相、干式 30

20/0.22 0.49

32.9

马

鞍

山

（300kV)

阜新封闭母线厂 FDG-33 单相、干式 33

20/0.23 0.51（抽头0.377）

巴基斯坦木扎法戈电站（320kV)

阜新封闭母线厂

FDG-50 单相、干式 50

20/0.22 0.48 35

蒿屿（300kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-25 单相、干式 25 20/0.22 0.5（抽头0.227） 33/分

安顺（300kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-30 单相、干式 30 20/0.23 0.534

31/分

青岛（300kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-30 单相、干式 30 20/0.22 0.53 30.45/分

田

家

庵

（300kV)

阜新封闭母线厂

FDG-30 单相、干式 30 20/0.23 0.45 40

鄂州（300kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-30 单相、干式 30 20/0.23 0.534 31/分

嘉兴（300kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-42 单相、干式 42 20/0.23 0.4 42/分

台州（300kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-30 单相、干式 30 20/0.23 0.541 32.6/分

石横（300kV) 阜新封闭

母线厂

FDG-50 单相、干式 50 20/0.23 0.508

元宝山（600kV)

阜新封闭母线厂

FDG-30 单相、干式 30

20/0.23 0.542（抽头0.408） 3.51/

分

平圩（600kV) 阜新封闭

母线厂 FDG-50 单相、干式 50 20/0.23

哈三（600kV) 阜新封闭

母线厂单相、干式 30

20/0.24 0.475（抽头0.33）

50/分

动稳定电

流1500A

邹县（600kV)

（3）一次电容电流1C I (A)

31N C U C I ∑

=ω (5-8)

式中∑C ——发电机绕组、发电机引出线、浪涌电压吸收器（国内机组不设置）、

主变低压侧及厂用变高压侧等电容之和（各电容值见附录B ）。

（4）二次电阻值N R （Ω） ∑

≤

C N R N ω31

(5-9) （5）接地点总电流∑I ，∑I 为电容电流与有功电流的相量和，一般不小于21C I

。

（6）配电变压器的容量S 。对于接地故障后，短时间跳闸的发电机，其中性点配电变压器的计算容量c ca S 1为

R c ca I U S '=11 式中1U ——变压器一次侧电压，kV ；

I '——折算到变压器一次侧的有功电流，A 。

配电变压器容量S=1.05c ca S 1。

当保护作用于跳闸时，S 可大为减小。计算示例见表5-5。

表5-5 发电机中性点高电阻接地方式算例原始数据

发电机容量

(MW)

300 600

发电机额定电压N U (kV)

20 20

发电机对地电容G C (μF/相） 0.232 0.196

主变压器低压侧对地电容T C (μF/相） 0.03 3×0.013

厂用变高压侧对地电容'

T C (μF/相） 0.003 2×0.0035

主回路封母F C (μF/相） 60101.826??-

60101066??-

分支回路封母'

F C (μF/相） 7108.366??-

7105.386??-

一相总电容值∑C (μF/相）

0.27

0.249

计算数据

单相接地电容电流N cl

U C I ∑=ω3 (A)

2.94 2.71

配电变压器一次电压1U (kV) 20 20

配电变压器二次电压2U (kV) 0.23 0.23

配电变压器变比N 20/0.23 20/0.23 二次侧电阻值

∑

≤

C N R N ω32

(Ω)

0.520

0.562

折算到一次侧电阻电流

1'3N

R U I ≥

(A) 2.94 2.71

接

地

点

总

电

流

()

cl I I I +=∑

4.16 3.84

(A)

配电变压器的计算容量'

calc

I U S = （kVA) 58.8 54.2

第二节厂用电系统中性点运行方式

DL5000-1994《火力发电厂设计技术规程》规定：

（1）当高压厂用电系统的接地电容电流在10A 及以下时，其中性点宜采用高阻接地方式，也可采用不接地方式；当接地电容电流10A 时，其中性点宜采用电阻接地方式，也可采用不接地或电感补偿并联高阻接地方式。

（2）主厂房用内的低压厂用电系统宜采用高电阻接地方式，也可采用用中性点直接接地方式。

高电阻接地的配置与选择的原则与发电机接地方式类同。

中性点不接地和直接接地方式，我国一直沿用，其接线方式和运行监视措施均已熟悉。

一、专用接地变压器

电源变压器低压侧为三角形接线时，需增加一台?/0Y 接线的三台单相变压器和一台壳式三相变压器，起一次侧中性点直接接地，并在开口三角处串以接地电阻，接线如图5-4所示。

（1）二次侧开三角接入电阻值()Ωn r 3

2109-?=

R r N n （5-10）其中 R NL N I U R 3= (5-11) r

NL U U n 3

103?= （5-12）

（2）R r nI i =。

（3）接地变压器的额定容量N S R NL N I U S ≥

以上式中 N R ---系统中性点的等效电阻，即等效于电阻器直接接入系统中性点；

NL U ---高压厂用电系统母线的额定线电压，kV ；

R I ---接地电阻性电流，A ，此电流不应小于系统的接地电容电流c I

n r ---开口三角中接入的电阻，Ω；

n ---三相变压器的变比；

r U ---系统单相金属性接地时开口三角两端的额定电压，V ； r i ---电阻器流过的电流；

N S ---接地变压器的额定容量，kVA 。

当采用三台单相变压器时，每台单相变压器的容量比小于57.7%电阻容量。

接地电阻功率损耗最小允许值r P ①（kVA) 32

103-?=fC U P NI r π

接地电阻最大允许值 fC

n r n π610=

式中 C--厂用电系统相对地总电容值，F μ

二、消弧线圈接地方式

电阻与消弧线圈直接并联的补偿方式，这种接线不破坏消弧线圈调谐补偿值，电阻R 和消弧线圈电感L 的计算方法简单，在消弧线圈检修时，电阻仍可继续进行，但电阻的电压值为系统相电压，这种接线方式如图5-5所示。

并联电阻直接接入系统中性点，电阻性电流宜采用5A ，其值见式（5-11）。电感按完全补偿电容电流的条件来选择，可取电感电流等于系统最大最小运行方式下的接地电容电流的平均值，即 m c L I I .= （5-13）式中 L I ---消弧线圈中流过的电流，A ；

①

按电阻损耗等于1.5倍系统充电功率的条件选择接地电阻值。

m c I .--平均接地电容电流值。

电阻也可接在消弧线圈二次侧的接线方式，只有消弧线圈二次绕组的情况下才能实施。当消弧线圈分接头变化时，变比和接地电流值也随之变化。为了保持接地电流不变，必须相应地调节二次电阻。因此，该电阻应有与消弧线圈分接头适应的调节分接头。

消弧线圈容量Q(kVA)与二次并联电阻R 2(Ω)可按式（5-14）求出 x c U I Q 25.1= （5-14） 3

2210?=I

n U R x (5-15) 式中c I —系统电容电流，A ； x U —系统相电压，kV;

I —接地电流限制值，A ，（SDGJ17-1988)规程规定：如采用电流补偿接地，则应使补偿后的接地电流小于10A; n —消弧线圈变比。

【例5-3】 6kV 厂用电系统的电容电流A I c 12=,采用变比3100/6000=n 的消弧线圈，将接地电流限制到10A ，试确定消弧线圈的容量及二次电阻值。

解：消弧线圈容量 ()kVA U I Q x c 523

1225.125.1=??== 取kVA Q 55=。

二次电阻值 ()Ω=?

? ?????=

?=289.031006000103106102

322I

n U

R x

答：消弧线圈的容量为52kVA,二次电阻值为0.289Ω。

三、安装消弧线圈用变压器的容量选择

消弧线圈引起变压器有功损耗和温升增加，按原副边磁链关系以及零序磁通在铁芯和箱壁引起的附加损耗大小，安装消弧线圈用变压器的接线及容量见表5-6 。

表5-6 安装消弧线圈变压器接线和容量

变压器容量比

消弧线圈占变压器额定容量

Y/Δ双绕组变压器≤50% Y/Y双绕组三相内铁型≤20%

Y/Y/Δ三绕组变压器100%/33.3%/100%

100%/50%/100% ≤33.3% ≤50

Y/Y单相变压器组成外铁型三相变压器不宜采用

四、高压厂用系统的中性点接地接地方式比较及应用

国内在大机组高压厂用系统中，习惯做法是采用中性点不接地方式。根据SDJ6-1983《继电保护和安全自动装置技术规程》中的规定:对单相接地，当接地电流大于5A时，应装设单相接地保护。单相接地电流为10A及以上时，保护装置动作于跳闸；单相接地电流为10A以下时，保护装置动作于跳闸；也可动作于信号。

当单相接地电流小于5A时，则在母线上装设一套接地报警信号装置，允许短时带接地故障运行。

不接地方式对运行人员来讲比较熟悉，设计、实施均较简单，虽然它在单相接地故障时存在电弧重燃的可能性，但电流小于10A时，建议采用这种传统接地方式。

当电容电流较大时，建议采用消弧线圈接地，以减少事故损伤，允许带事故运行。

当采用消弧线圈接地时，一般应过补偿运行，过补偿度为5%～10%。

三种接地方式的比较见表5-7 。

表5-7 高压厂用系统中性点接地方式比较

运行情况接地方式不接地高阻接地消弧线圈接地

欠补偿过补偿全补偿0 0 0 0 0

正常运行时中性点位移电压

正常运行时，引起消弧线圈和对地电容工频串联共振的零序电压（中性点位移电压）/ / / / 不对称率K c=0.015,阻

尼率d=5%,脱谐度υ=0

中性点位移电压

3.0

单相接地，健全相电压

单相接地，间歇性电弧接地过电压

（3～3.5）ph

U 6.2≤

（2.4～2.5）ph U

（2.4～2.5）ph U （2.3～2.4）ph U

单相接地，电弧自燃几率

较低最低较高较高

最高

单相接地，电弧重燃几率

最高较高较低较低最低

单相接地故障电流对电气设备热效应较大最大较小较小最小

单相接地故障继续运行可能性

小于10A 可以

一般不可以

可以可以可以

*中性点位移电压ph ph ph c ph c U U U d

K d

v U K U %15%302

?==

（规定值）

全补偿0=-=

c I I I v x U ---系统相电压，kV 。

第三节分级绝缘变压器中性点的保护

对于中性点直接接地的110～330kV 电网，出用于继电保护的要求，其中一部分变压器的中性点是不接地的，以保证系统零序阻抗不能太小。这些变压器首端和中性点的绝缘水平是不同的，采用分级绝缘。在我国，110kV 级变压器中性点绝缘水平为35kV ，220kV 级为110kV ，330kV 级为154kV 。这就需要在中性点上加装避雷器或间隙进行保护。这些保护装置应同时满足以下条件：（1）其冲击放电电压应低于中性点的冲击耐压值；

（2）避雷器的灭弧电压应大于因电网一相接地而引起的中性点电位升高的稳态值0U 以免避雷器爆炸；

（3）保护间隙的放电电压应大于因电网一相接地而引起的中性点电位升高的暂态最大值m U 0,以免继电保护误动。

电网一相接地时中性点电位稳态值为 xm U x x x x U 1

00/2/+=

（5-17）

暂态过电压最大值为 ()xm m U x x x x U γ++=1/2/1

00 （5-18）

式中 0x --系统的零序电流电抗； 1x --系统的正序电抗；

xm U --系统最大运行相电压，kV ；

γ--过电压震荡系数，对连续绕组，取0.8，对纠结绕组，取0.6 。实验证明，由于变压器绕组电感、电容以及铁芯损耗的作用，当s μ40/5.1 的波作用在变压器绕组首端时，在中性点上的冲击波波头τt 已大于s μ45。根据我国某些研究单位的放电实验发现%50500/45s μ±冲击放电电压和工频放电电压的实测值分散性大，在结论中说明“按偏于严重的条件考虑，可采用棒间隙的s μ40/5.1-冲击放电电压及工频放电电压作为整定的依据。

” 编者对LN 发电厂220kV 变压器中性点及SH 热电厂220kV 变压器中性点保护装置的设计和实施时，均用s μ40/5.1冲击放电曲线。前者运行30余年，后者运行9年均未发生异常。

SDJ7-1979根据《电力设备过电压保护设计技术规程》提出了在中性点直接接地的110～330kV 电网中，保护变压器的不接地中性点的方案，见表5-8 。

基于FZ-110J 装于220kV 变压器中性点的爆炸次数较多（统计40台，爆炸5台），分析原因皆为断路器非全相合闸引起，因而提出了以下措施：

表5-8 中性点接地110～330kV 电网中，保护变压器的不接地中性点方案

额定电压（kV) 110 220 330 变压器中性点绝缘等

级（kV) 35

110

154

变压器中性点全波冲

击电压（kV) 180

300

425

400

583

中性点保护方案

FZ-40或FCZ-35

FZ-110J 或FZ-60或间隙

FZ-110J 或间隙

FZ-154J 或间

隙

（1）提高断路器的质量，保证三相同动作；

（2）当开断或接入中性点不接地的空载变压器时，先把该变压器的中性点临时直接接地，待操作完毕后再将中性点对地断开。（3）变压器用棒间隙保护。

据调查，我国保护220kV 级变压器中性点的14组间隙运行情况良好。保护间隙因非同期合闸误动的现象也出现过，编者1979年在BX 电业局作变压器合闸试验（220kV 级，90MVA ），因非同期合闸致使变压器中性点间隙烧熔炸飞。因此

必须合理地选取间隙距离。这一距离的选择与系统x 0/x 值及变压器的绕组结构有关。

一、放电间隙保护方式

【例5-4】 SH 热电厂220kV 主变压器中性点间隙保护装置选择。

解：该电厂主变压器两组，上级调度允许一台接地运行，高压备用变压器压测“死”接地运行。外接线路及电厂有关接线如图5-6所示。

(1)计算用数据。

线路L 1:实测X 11=11.59Ω,X 01=30.73Ω

线路互感：实测()Ω=??==?=--735.01034.2314,1034.233M X H M m ω。变电所Ⅰ：安装两台180MVA/220kV 变压器，Z dI =14.22%, Z 0I =14.11%; 变电所Ⅱ：安装两台120MVA/220kV 变压器，Z d Ⅱ=16.08%, Z 0Ⅱ=15.96%;

SH 热电厂发电机参数%13.14"

=d X ；

启动/备用变压器半穿越电抗%;5.1821=-d X

220kV 系统基准电抗()Ω==

529100

2302

b Z 考虑零序互感后，折合到100MVA ，线路零序电抗 0595.010389.1058.0529

735

.052973.30:3011=?+=+=-X L 0259.010389.10245.0529

735

.052998.12:3022=?+=+=

-X L

(2)过电压计算。

1）不同运行方式下的10/x X 值。 a.当前运行方式。变电所Ⅰ、变电所

Ⅱ各一台变压器中性点接地，SH 热电厂一台主变压器中性点接地，启动/备用变压器中性点“死”接地。电抗接线图如图5-7所示。

在SH 热电厂220kV 母线单相接地，其入口正序电抗为

0201.021183.0//294.0//01.02134.0//0219.02079.01=???

??+??? ??+=X

零序电抗

()()0293.00579.0//294.0//0259.0134.0//0595.00784.00=++=X 46.1/10=X X

b.规划运行方式。系统最大运行方式：变电所I 、变电所Ⅱ均运行，SH 热电厂单相接地，系统入口电抗

04318

.0,0171.0'

0'1==X X 则 022.01183.0//1183.0//294.0//04.01==X 034.00579.0//294.0//1076.00==X 52.1/10=X X

综上计算，为安全起见，取比值2/10=X X 进行过电压计算。 2）稳态过电压0U

()kV U X X X X U xm 7005.13231

2222/1

0100=??+=+=

3)动态过电压m U 0（γ为变压器绕组振荡阻尼系数，取0.6） ()()()kV U U m 112706.0121200=+=+=γ (3)选择间隙距离。

1）间隙在冲击电压下放电动作，其放电电压应小于变压器中性点绝缘的三次全波冲击耐压值（400kV)。设K 1为中性点绝缘的破坏积累系数，取1.15；K 2为间隙放电压的分散系数，取1.135；K 3为气象系数，取1.05；K 4为距离系数，取1.02 。则棒间隙的50% 冲击放电电压()kV U F 应满足4

321400

K K K K U F ≤

即kV U F 286=

查图5-8取负极性冲击放电电压值为286kV,则间隙距离为d=335mm,取d=330mm 。

(),2867.281286335

330

kV kV ?=?故能放电。 2）系统单相接地时，在动态过电压下，间隙不应动作。d=330mm,查图5-8曲线，对应工频放电电压幅值为kV U f 2135'=。设3K 为气象系数，取1.05；5K 为工频放电分散系数，取1.06 。则其放电电压的下限

()kV kV K K U U f f 211223.12106

.105.12

1355

3'?=?=

答：选择帮间隙距离d=330mm,垂直放置能保护变压器中性点绝缘。二、避雷器与间隙配合保护方式

在发电厂与变电所中，对220kV 级变压器中性点的绝缘保护，有些地方采用了避雷器与间隙并联使用的联合保护方式。其配合原则是：

（1）在过电压，间隙放电，避免避雷器因灭弧电压高或续流不能遮断造成的爆炸事故。

中性点采用磁吹避雷器技术数据见表5-9

。

避雷器灭弧电压;701001kV kV U ?=

避雷器的工放电压kV U g 195~170=。为校验能否配合，选用经常发生的不对称开断电压校核。当一台不接地的变压器由系统跳闸时，发生不对称开断--- 两相断开，一相拒动，则不对称开断过电压可估计如下表5-9 FCZ2-110J 避雷器电气特性

额定电压（kV) 灭弧电压（kV) 工频放电电压（kV) 冲击放电电压（kV) 操作波放电电压（kV) 残压（kV) 5kV 10kV 110

100

170～195

260

285

260

285

()v U U U c w k -=2 (5-19)

式中w U ---断路器不对称开断，在变压器上产生的稳态电压，为x kU ； x U ---开断前变压器处相电压，kV;

k ---考虑开断后发电机转速升高系数，取1.05；

0U ---不对称开断前，中性点电位，取0； v ---过电压振荡阻尼系数，取0.6 。

则比对称开断电压为()kV U k 1686.00323105.12=??

? ??

-?=所以g k f U U U ??即

(),2195~170216823.121kV ?避雷器能与间隙配合，此时间隙动作。

SH 热电厂变压器中性点保护接线如图5-10所示。

DL-T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：有效接地的中性点不接地的变压器，如中性点采用分级绝缘且未装保护间隙，应在中性点装设雷电过电压保护装置，且宜选变压器中性点金属氧化物避雷器。

选择此型避雷器时，对220kV 级变压器的中性点，避雷器的额定电压应不小于100kV 。

248/100110-W Y 型氧化锌避雷器技术数据:

额定电压 100kV （有效值）；系统电压 110kV （有效值）； kA s 1020/8μ残压 248kV(峰值）； s μ1陡波冲击残压 273kV(峰值）； s μ5.0陡波冲击残压286kV(峰值）。