主变压器中性点保护方案
主变压器中性点保护方案
1 引言
采用分级绝缘的变压器。绕组中性点的绝缘水平比绕组首端的低。当变压器设计为中性点必须接地运行时，中性点绝缘水平低得多。当变压器运行方式为中性点接地运行，也可在系统不失去接地情况下不接地运行时，其中性点绝缘水平相对较高，例如，220kV变压器中性点绝缘水平为110kV；110kV变压器中性点绝缘水平为60kV或38kV。城镇供电110kV网络中广泛应用的正是这类变压器。为防止大气过电压、操作过电压和变压器高压侧(100kV系统)单相接地引起过电压对中性点绝缘破坏二次继保回路，经过实际应用，认为能较好地满足绝缘配合、继电保护和运行方式的要求。
2 避雷器的选择
为防止大气过电压，中性点安装避雷器应满足以下条件：
(1)其冲击放电电压应低于变压器中性点冲击耐压；
(2)其灭弧电压应大于电网单相接地而引起的中性点电位升高稳态值Uo。
Uo=Uxg(Xo/X1)/(2+Xo/X1)
工程实践中选择变压器中性点专用金属氧化物避雷器，可以做好绝缘配合。例如：沈变变压器典型的绕组中性点绝缘水平为LI325、AC140，即额定雷电冲击耐受电压为325kV。额定短时工频耐受电压为140kV(有效值)。选择的Y1W-73/200避雷器，起始动作电压为不小于103kV，8/20μs，1kA最大雷电冲击残压为200kV。可以满足(1)、(2)两个条件的要求。
3 间隙选择
变压器采用放电间隙保护，放电间隙装于变压器中性点与地线之间，有棒形、球形、角形等多种形式。实践中以棒-棒形用得最多，现以棒-棒形间隙来计算其间隙长度的选择。在工频电压作用下，间隙50%工频击穿电压应满足以下条件：
(1)工频电压作用下，气隙耐受电压应大于电网单相接地而引起的中性点电位升高暂态值Uo′。 。
(2)系统发生接地故障时，当有关中性点接地点跳闸后，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中，110kV系统变成一个不接地系统，电网零序电压升高(故障点零序电压最高可达到相电压)，对变压器绝缘有较大危害情况下，放电间隙应能动作放电，降低对地电压，防止变压器绝缘破坏。同时，配合继电保护切除变压器，即气隙确保击穿电压低于额定相电压峰值
。
根据条件(1)U50(1-3σ)KcUo′
根据条件(2)
按最不利条件考虑：按条件(1)计算中时110kV系统电压取三相系统最高电压126kV；按条件(2)时取额定电压110kV；σ为空气气隙工频击穿电压的标准偏差，取0.2；Kc为气象系数，取1.05；Uo取极限值0.6Uxg。可得：
即为：68.8kV＜U50＜80.7kV
在棒-棒间隙距离小于1m的范围内，工频电
压作用下，50%击穿电压与间隙距离的关系接近正比，棒-棒间隙的平均击穿场强，其峰值约为6kV/cm，故可计算出符合上述条件的棒-棒间隙长度为11～13cm。条件(2)中，只有在110kV系统成为不接地系统后，单相金属性接地故障点零序电压达到相电压，非故障点零序电压没有那么高，为使间隙能动作放电，间隙长度应在满足条件(1)时尽量短。过去我们工程设计中常选择间隙长度12cm，而《供电企业安全性评价》甚至要求新投产110kV变压器中性点采用棒间隙保护。间隙距离为110±5mm，偏向于要求间隙在工频过压时可靠动作，有利于中性点免受过电压损害。
4 继电保护设计
当变电所低压侧有电源，且不止一台以上变压器，运行方式往往只允许一台接地运行，曾设计采用中性点零序电流继电器与经相邻变压器中性点零序电流继电器控制的零序电压继电器配合使用的变压器保护方案，拟从保护回路设计上保证先跳中性点不接地变压器，后跳中性点直接接地等。这种保护方式回路交错复杂，例检试验甚为不便，且不适合于只有一台变压器不接地运行的运行方式，而逐渐被弃用。
现在多采用零序电流电压保护。根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：110kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器可能接地运行或不接地运行时，对外部单相接地引起过电流，以及对因失去接地中性点引起的电压升高，应装设相应的保护装置。对于分级绝缘的变压器，中性点装设间隙保护时，除装设规定的零序电流保护，并增设反应间隙回路的零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护。当电力网单相接地且失去接地中性点时，零序电流电压保护回路宜经0.3～0.5s延时动作于跳开变压器各侧断路器。
5 整定计算
(1)间隙零序电流整定：
因正常情况下放电间隙回路无电流，根据间隙放电电流经验数据，一般取一次值为100A时动作。
(2)零序过压保护的动作整定：
系统有中性点直接接地时，发生单相接地故障，零序过压元件不应动作。动作值按这一条件考虑，当接地系数Xo/X1＜3时，故障点零序电压小于等于0.6Uxg，因此一般动作电压可取180V。当实际系统中接地系数Xo/X1＜3时，也可取实际的整定值Xo/X1值对应的低于180V的整定值。
6 动作实例
有一110kV变单台主变，35kV侧有小电源接入，运行时一条110kV线路接入系统，由于110kV线路在对侧Ⅰ段距离范围本侧Ⅱ段范围内出现单相故障，对侧先跳闸后，使110kV系统成不接地系统，由主变零序过压保护动作跳主变三侧断路器，切除故障。