220kV变电站主变中性点避雷器的选择

UR
残 压 UMOA=72×2.26=163kV。 氧 化 锌 电 阻 为 0.21Ω/5kV，72kV
氧
化
锌电
阻=
72 5
×0.21=3Ω。
因此，Y1.5W-73/145 型避雷器在
1.5kA 雷 电 冲 击 电 流 下 最 小 残 压 UMOA=163-8.5×3=138kV。 这 也 验 证 了 110kV 中 性 点 避 雷 器 雷 电 冲 击 残 压 取 145kV 的 可 行
下面讨论 220kV、110kV 中性点间隙间距的确定。 1.5/40 微
秒雷电冲击波 50%击穿电压特性如图 5。
先 讨 论 220kV 中 性 点 间 隙 间 距 的 确 定 。 设 间 隙 在 交 流
（AC）电压作用下动作电压有效值为 U 隙动，有 U 隙动>144kV，棒
状间隙交流（AC）放电电压为 4.24kV/cm。
对 应 的 放 电 电 流 为 10kA，这 样 可 在 直 线 上 确 定 两 点 （1，221）和
（10，260）。
直
线的
斜
率为
260-221 10-1
=
39 9
=4.3kV。 雷电冲击残压
图 ３ 残压和接地电阻
图 ４ 残压 ￣ 放电电流曲线
与避雷 器 额 定 电 压 之 比 为 2.26，即 UMOA ≥2.26，中 性 点 避 雷 器 UR
注：UNMOA 的取值在后面会讲到。
２ 主变中性点避雷器额定电压的选择计算
·
设 a 相发生单相接地短路，单相接地短路的边界条件为：I b=
·
·
I c=0，U a=0。
·
··
·
··
·
即有：a2I 1+aI 2+I 0=aI 1+a2I 2+I 0=0，应为 a2+a+1=0，所以I 1=
··
·
·
·
I 2=I 0 和U 1+U 2+U 0=0。
则
：IMOA
=
2UBIL
-UNMOA Zb
= 2×950-285 2.86
=565A
其 中 UBIL=950kV 为 规 程 规 定 的 220kV 雷 电 冲 击 耐 受 电
压。 考虑到留有充足的余量，并且增大标称电流可使避雷器残
压做的更小，通常 220kV 中性点避雷器的标称电流取 1500A。
Ea x1
，I单相=
Ea 2x1 +x0
，有
I
三 相 ＞＞I
·
单相，x0>>x1 则 ：U
··
·
1=E a-I 1x1≈E
a，
·
·
U
·
2=-I

·
2x2≈0，U
·
0=-I
0x0≈
Ea x0
·
·x0=-E
a。
这样局部中性点不接地系统单相短路时可看成由正序和
零序两个部分的迭加。 如图 2 所示。
64 广东科技 ２０１４．１０． 第 ２０ 期
·
此时作用在主变中性点的电压为零序电压-E a，从而得到中性点避雷器的额定电压。 同时讨论了由避雷器的残压～放电电流曲线不同的斜 率计算中性点避雷器的雷电冲击残压方法，并阐述了主变中性点避雷器雷电冲击残压与中性点放电间隙的配合距离问题。 关键词：中 性 点 避 雷 器 ；雷 电 冲 击 残 压 ；中 性 点 放 电 间 隙
=15.185%
220kV 绕组的等值电抗：
XK1 =
2
UK1·UN S
=
2
0.152×220 180
=40.87Ω
XK1
=ωLb
=2πfLb
，Lb
=
XK1 2πf
=
40.87 2π×50
=0.13H
主变厂家提供 220kV 绕组对地电容量 15890pF。
姨 姨 Zb=
Lb = Cb
0.13 -9 =2860Ω 15.89×10
点电压为 Ea 时，中性点避雷器有足够长的耐受时间。
３ 主变中性点避雷器雷电冲击残压的选择计算
雷电冲击残压的选择先参考主变中性点雷电冲击耐受电
压 确 定 大 致 参 数 。 220kV 系 统 中 性 点 雷 电 冲 击 耐 受 电 压 为
400kV。
考虑配合系数
1.4， 则 冲 击 残 压 为
400 1.4
Ea +x2 +x0
。
对于 220kV 有效接地系统，系统在各种条件下应该使零 序
与正序电抗之比 x0/x1 为正值且不大于 3。 即 x0≤3x1。 有：x1=x2，
·
U0=-I0x0=
x1
-E a +x2 +x0
·x0，在
x0=3x1
时
U0
为 最 大 ，U0=
E 5x1
·3x1
=
3 5
E=0.6E， 其 中
０ 引言
220kV 变电站主变的 220kV、110kV 侧均采用 Y 接法，并为
中性点直接接地、经低阻抗接地或不接地的方式，一般为大接地
电流系统。 实际工作中主变中性点的绝缘不是按线电压设计而
是低于线电压，应在中性点装设避雷器保护，以防止雷电侵入波
击穿主变中性点绝缘。 因为氧化锌避雷器承受过长时间的工频
8.5 ×2.7 =140.1kV。 即 可 选 择 110kV 中 性 点 避 雷 器 残 压 为
145kV，校验 250 =1.51>1.25，满足要求。 145+21
避雷器雷电冲击残压 UMOA 与额定电压 UR 之比在 10kA 雷 电流下有 UMOA ≥2.26， 则 110kV 中性点避雷器最小雷电冲 击
过电压会发生爆炸， 所以需与主变中性点避雷器并联设置棒状
放电间隙，使在操作过电压下间隙先动作，雷电冲击下避雷器先
动作， 以保护主变中性点绝缘和保护避雷器不受工频过电压的
损坏。 本文讨论主变中性点避雷器的配置原理及选择计算。
１ 主变中性点避雷器标称电流的选择计算
图 1 为主变 220kV 绕组入端避雷器、中性点避雷器及绕组
=286kV。
同理，
110kV 系 统 中 性 点 雷 电 冲 击 耐 受 电 压 为 250kV，110kV 系 统 主
变中性点避雷器雷电冲击残压为
250 1.4
=179kV。
以 220kV 主变中性点避雷器为例，验算避雷器厂家样本中
的雷电冲击残压数值是否可行。 厂家样本中 220kV 主变中性点
Zb— — — 绕 组 的 波 阻 抗 。
图 １ 电路图
以 主 变 厂 家 提 供 的 容 量 为 180MVA 主 变 为 例 ， 阻 抗 电 压
U 高-中=13.93%、U 高-低=24.34%、U 中-低=7.90%。
则 ：220kV
绕组阻抗电压 ：UK1=
1 2
（13.93%+24.34%-7.9%）
E
为相电压。
对于 220kV 系统：E= 220 =127kV，0.6E=76.2kV。 姨3
对于 110kV 系统：E= 110 =63.5kV，0.6E=38.1kV。 姨3
在 220kV、110kV 有效接地系统中，有时会偶然形成局部中性
点 不 接 地 系 统 ，这 时 局 部 单 相 接 地 短 路 电 流 很 小 ，根 据 ，I 三 相=
的额定电压为 144kV。 则最小冲击残压为 144×2.26=326kV。 针
对残压为
326
这条直线，其斜率为
326 260
×4.3=5.4，则 可 得 出 中
性 点 避 雷 器 在 标 称 电 流 1.5kA 下 的 最 小 雷 电 冲 击 残 压 为 326-
8.5×5.4=280.1kV。 即 可 选 择 中 性 点 避 雷 器 雷 电 冲 击 残 压 为
图 ２ 正序和零序
正序部分在主变中性点上的电压为零，零序部分在主变中 性 点 上 的 电 压 为 -Ea。
操作过电压也会造成主变中性点的过电压， 但持续时间
短，主变中性点绝缘可以承受。
结合以上主变中性点三种工况（单相接地短路、局部中性 点不接地系统、操作过电压）可知：主变中性点过电压最不利的
情况是偶然形成的局部中性点不接地系统发生单相短路的状
为 72×2.26=163kV （对 应 的 放 电 电 流 为 10kA）。 针 对 残 压 为
163kV 这条直线，其斜 率 为 163 ×4.3=2.7。 则 可 得 出 110kV 中 260
性 点 避 雷 器 在 标 称 电 流 1.5kA 下 的 最 小 雷 电 冲 击 残 压 为 163-
下面讨论由避雷器的残压～放电电流曲线确定中性点避雷
器的雷电冲击残压，如图 4。
假定曲线的饱和段为直线，并且直线的斜率与雷电冲击残
压成正比。 在避雷器样本中取一避雷器参数作为基准， 例如
Y10W-100/260。 其操作冲击残压为 221kV， 雷电冲击残压 为
260kV。 而操作冲击残压对应的放电电流为 1kA，雷电冲击残压
10=14Ω。 其电压为 14×1.5=21kV，其中 1.5 为中性 点 避 雷 器 的
标称电流。 这样主变 中 性 点 到 避 雷 器 接 地 装 置 的 电 压 为 320+
21=341kV。 其配合系数为 400 =1.17，数值偏小。 所以雷电冲击 341
残压数值选择 320kV 不可行。 一般配合系数要求大于 1.25。
144 4.24
=34cm。 先取间
隙间距为 35＞34cm 试之。 35×4.24=148.4kV，查击穿电压特性曲