110kV分级绝缘变压器中性点保护

《电气开关》（２００６．Ｎｏ．６）　５　文章编号：Ｉｏｏ４－－２８９Ｘ（２００６）０６－－０００５—０３　１　１　０ｋＶ分级绝缘变压器中性点保护　张鹏摘楼文耀　（甘肃兰Ｏ，Ｉ１石化公司电仪事业部，兰州　７３ＯＯ６０）　要：从分级绝缘变压器中性点的绝缘水平提出了变压器中性点过电压保护问题，对１１０ｋＶ分级绝缘变压器　中性点避雷器和放电间隙　勺选择作了分析，并将间隙保护和二次继电保护结合起来作了合理配置和整定。　关键词：分级绝缘变压器；中性点；避雷器；放电间隙；继电保护　中图分类号：ＴＭ４１　文献标识码：Ｂ　Ｎｅｕｔｒａｌ—ｐｏｉｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　１　１０ｋＶ　Ｇｒａｄｅｄ　Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＺＨＡＮＧ　Ｐｅｎｇ　ＬＯＵ　Ｗｅｎ　ｙａｏ　（Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００６０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｏｖｅｒｖｏｈａｇｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｅｕｔｒａｌ－－ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｆｒｏｍ　ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｇｒａｄｅｄ　ｉｎｓｕｌｄａｔｅｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｒｒｅｓｔｅｒ　ａｎｄ　ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｓｐａｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　１　ｌＯｋＶ　ｇｒａｄｅｄ　ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ｉｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄ　ｂｏｔｈ　ｔｈｅ　ｓｐａｃｅ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｒｅｌａｙ　ｐｒｃｔｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇｒａｄｅｄ　ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｎｅｕｔｒａｌ　ｐｏｉｎｔ；ａｒｒｅｓｔｅｒ；ｄｉｓｃｈａｒｇｅ　ｓｐａｃｅ￣ｒｅｌａｙ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　１　引言　绝缘变压器中性点可直接接地运行，也可不接地运行　的方式。分级绝缘变压器中性点出现过电压情况时，保　采用分级绝缘的变压器，绕组中性点的绝缘水平　护通常采用变压器中性点装设避雷器和放电间隙，其　比绕组首端的低，当变压器设计为中性点必须接地运　中避雷器主要是防止雷电过电压；间隙保护主要防止　行时，中性点绝缘水平很低。例如，一般５００ｋＶ系统中　变压器中性点绝缘遭受危险的工频过电压及谐振过电　的变压器中性点绝缘水平为８５ｋＶ。当变压器运行方　压损坏，两者结合起来对分级绝缘变压器中性点过电　式为中性点可直接接地运行或不接地运行时，其中性　压进行了有效保护。　点绝缘水平相对较高。３３０ｋＶ系统中的变压器中性点　绝缘水平为２３０ｋＶ；２２０ｋＶ系统中的变压器中性点绝　２避雷器的选择　缘水平为２００ｋＶ；１１ＯｋＶ系统中的变压器中性点绝缘　为了防止雷电过电压，中性点安装避雷器应满足　水平为９５ｋＶ。目前，大部分城镇和企业供电ｌｌＯｋＶ系　以下条件：（１）冲击放电电压应低于变压器中性点冲　统中广泛应用的是后一种变压器。为防止雷电过电压、　击耐压；（２）灭弧电压应大于电网单相接地而引起的　操作过电压和变压器高压侧（１１０ｋＶ系统）单相接地　中性点电位升高的稳态值Ｕ。Ｕ　Ｋ（Ｋ＋２）。其中ｕ　引起过电压对中性点绝缘破坏，在变电站设计中都要　为相电压，Ｋ＝Ｘ。／Ｘ　（　。和Ｘ　分别指电网的零序电　将过电压保护和二次继电保护相配合。　抗和正序阻抗）。对有效接地系统Ｋ≤３，将Ｋ一３代入　ＹｌＷ．７３／２ｏｏ　上式　。～＝＝＝０．６Ｕ　相应的最大暂态电压为１．２Ｕ　；　间隙长＝１２０ｍｍ　对中性点可直接接地运行，也可不接地运行系统，相应　ＧＷ－６３／６３０　的最大暂态电压为２Ｕ　。　工程实践中选择变压器中性点专用金属氧化物避　雷器，可以很好地满足绝缘配合的要求。典型的　图１典型的１ＩＯｋＶ变压器主接线图　１１０ｋＶ分级绝缘变压器中性点绝缘水平为　图１是典型的ｌｌＯｋＶ变压器主接线图，采用分级　ＬＩ２５０ＡＣ９５，即额定雷电冲击耐受电压为２５０ｋＶ，额定　维普资讯 http://www.cqvip.com

６　《电气开关｝（２００６．Ｎｏ．６）　短时工频耐受电压为９５ｋＶ（有效值）。选择Ｙ１Ｗ一７３／　２ＯＯ避雷器，起始动作电压不小于１０３ｋＶ，８／２０￣ｓ；　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，常选择间隙长度　１２０ｍｍ。　ｌｋＡ最大雷电冲击残压为２００ｋＶ，满足上述两个条　件。　３放电间隙选择　有效接地系统可能形成局部不接地系统，低压侧　有电源的主变压器不接地中性点应装设间隙。如断路　４　继电保护及整定值的选择　１１０ｋＶ中性点直接接地的电力网中，如低压侧有　电源的变压器中性点可能接地运行或不接地运行时，　器操作出现非全相或发生较危险铁磁谐振过电压，主　变压器不接地中性点也应装设间隙。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。工程中以棒一棒形用得　最多，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Ｕ　。：√２　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，ｌｌ０ｋＶ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），在对　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√２　。　根据条件（１）得：Ｕ　。（１—３ｏ）Ｋｃ＞ｕ　。＝√２　Ｕ。　根据条件（２）得：ｕ　。（１—３ｏ）Ｋｃ＜√２　Ｕ　按照最不利的条件考虑，条件（１）中　取极限值　０．６Ｕ　，１１０ｋＶ系统电压取三相系统最高电压１２６ｋＶ；　条件（２）中取额定电压ｌｌ０ｋＶ；ｄ为空气气隙工频击穿　电压的标准偏差，取０．０２；Ｋ　为气象系数，取１．０５。可　得：　√　Ｘ０．６Ｘ１２６／√ｉ＜ｕ５ｏ（１－３Ｘｏ．０２）×１．０５　＜√　×１１ｏ／√　即为：６２．６ｋＶ＜Ｕ５ｏ＜９１．０ｋＶ　在棒一棒间隙小于１０００ｍｍ的范围内，工频电压　作用下，５０　击穿电压与间隙的关系接近正比，棒一棒　间隙平均击穿场强的峰值电压约为６ｋＶ／ｃｍ，故可计　算出符合上述条件的棒一棒间隙长度为１ｌ～１５ｃｍ，即　为ｌｌ０～１５０ｍｍ。　在条件（２）中，只有在１１０ｋＶ系统成为不接地系　则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；对外部单相接地引起的过电流，应装设零　序电流保护，零序电流保护可由两段组成。每段可各带　两个时限，均以较短的时限动作于缩小故障影响范围，　或动作于本侧断路器；以较长的时限动作于断开变压　器各侧断路器　对于分级绝缘的变压器，中性点装设间隙保护时，　除装设两段零序电流保护，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。如图２　所示，当电力网单相接地且失去接地中性点时，若放电　间隙未击穿，则零序电压原件动作，经０．５ｓ延时动作　于断开变压器各侧断路器；若放电间隙击穿电流原件　动作，则瞬时动作于切除变压器。　图２　中性点装设放电问隙的分级绝缘变压器的零序保护　变压器零序过电压保护电压整定值一般按照３Ｕｏ　等于１．８倍相电压整定，即：Ｕｄ　．。＝１．８　当３ｕｏ取自　变比为Ｕｘ／　兰／ｌｏｏ的电压互感器时，开１３三角形绕　√３　组的电压定值为１８０Ｖ　当ｘ。／ｘｔ＝３时，故障点的３Ｕｏ　一１８０Ｖ，其他点的３Ｕ。＜：１８０Ｖ　为防止区外故障保护　误动作，电压定值不宜低于１８０Ｖ。但电压定值也不宜　比１８０Ｖ更高，否则不能保证有足够的灵敏度，因此，　一般动作电压取１８０Ｖ。当实际系统中接地系数Ｘ。／Ｘ　＜３时，也可取实际Ｘ。／ｘ　值对应的低于１８０Ｖ的整　定值。　放电间隙中零序电流保护装于放电间隙回路内，　因为在正常情况下，放电间隙回路里无电流，允许保护　（下转第９页）　维普资讯 http://www.cqvip.com

《电气开关》（２００６．Ｎｏ．６）　图４Ⅱ技收回路　除了上述减少ｃ、　之间的过电压之外，为防止栅　极电荷积累、栅源电压出现尖峰损坏ＩＧＢＴ，可在ｇ、ｅ　之间设置一些保护元件，电路如图５所示。电阻Ｒ的　作用是使栅极积累电荷泄放，其阻值可取４．７ｋｎ；两个　反向串联的稳压二极管　、　。是为了防止栅源电压　尖峰损坏ＩＧＢＴ。　图５　防栅极电荷积累与栅源电压尖峰的保护　４过热保护　ＩＧＢＴ的损耗功率主要包括开关损耗和导通损　耗，前者随开关频率的增高而增大，占整个损耗的主要　部分；后者是ＩＧＢＴ控制的平均电流与电源电压的乘　积。由于ＩＧＢＴ是大功率半导体器件，损耗功率使其发　热较多（尤其是　选择偏大时），加之ＩＧＢＴ的结温不　能超过１２５℃，不宜长期工作在较高温度下，因此要采　取恰当的散热措施进行过热保护。　散热一般是采用散热器（包括普通散热器与热管　散热器），并可进行强迫风冷。散热器的结构设计应满　足：Ｔｉ＝Ｐｚｘ（Ｒ　＋Ｒ　＋Ｒ　）＜Ｔｉ　式中丁ｊ—ＩＧＢＴ的工作结温　尸△一损耗功率　酶一结一壳热阻　Ｒ　～壳一散热器热阻　Ｒ　一散热器一环境热阻　一ＩＧＢＴ的最高结温　在实际工作中，我们采用普通散热器与强迫风冷　相结合的措施，并在散热器上安装温度开关。当温度达　到７５℃～８０￣Ｃ时，通过ＳＧ３５２５的关闭信号停止　ＰＭＷ发送控制信号，从而使驱动器封锁ＩＧＢＴ的开　９　关输出，并予以关断保护。　参考文献　［１］张燕宾．变频调速应用实践ＥＭ］．北京．机械工业　出版社．２００２．９　［２］韩安荣．通用变频器及其应用［Ｍ］．北京．机械工　业出版社．２００２．９　［３］　吴忠智等．调速用变频器及配套设备选用指南　［Ｚ］．北京．机械工业出版社．２０００．３　［４］　张燕宾等．实用变频调速技术培训教程［ｚ］．北　京＋机械工业出版社．２００３．７　收稿日期：２００５一ｏ４一¨　（上接第６页）　有较低的整定值，故零序元件３　。的一次动作电流，一　般可取１００Ａ或者更小一些，动作时限一般为０．５ｓ。　５　结论　１１０ｋＶ分级绝缘变压器中性点保护主要是变压　器中性点零序保护，它包括零序过流保护（１００Ａ、０．　５ｓ）和零序过电压保护（１８０Ｖ、０．５ｓ），间隙零序保护主　要用来保护分级绝缘变压器不接地运行的中性点，与　变压器的其他保护完全独立。在对变压器中性点保护　配置时，应根据变压器中性点的绝缘水平合理地选取　中性点的避雷器和放电间隙，配合二次继电保护回路　合理地进行继电保护配置和整定。　参考文献　［１］　陈曾田．电力变压器保护（第二版）［Ｍ］．北京：　中国电力出版社．１９８９．　Ｅ２］　余新财、陈银胜．变压器中性点保护方案探讨　Ｅｊ－Ｉ．高压电器．２００２．　［３］ＧＢ１０９４．３—８５．电力变压器绝缘水平和绝缘试　验Ｅｓ］．　［４］ＤＬ４００—９１．继电保护和安全自动装置技术规范　Ｅｓ］．　．　［５］黄存华、葛少云．工厂供电（第二版）［Ｍ］．天津：　天津大学出版社＋２００１．　收稿日期；２００６一ｏ４—１８