110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護探討簡易版

1、110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護探討簡易版In Order To Simplify The Management Process And Improve The Management Efficiency, It IsNecessary To Make Effective Use Of Production Resources And Carry Out Production Activities.編訂：xxxxxxxx20XX年XX月XX日110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓110kV分級絕緣變壓器中性點過電壓保護探討簡易版溫馨捉示：本安全管理文件應用在平時合理組織的生產(chǎn)過程中，有效

2、利用生產(chǎn)資源，經(jīng)濟合理地進行 生產(chǎn)活動，以達到實現(xiàn)簡化管理過程，提高管理效率，實現(xiàn)預期的生產(chǎn)目標。文檔下載完成后可以直 接編輯，請根據(jù)自己的需求進行套用。國產(chǎn)11OkV變壓器一般采用分級絕緣結構，中性點絕緣有35kV, 44kV, 60kV電壓等 級, 按原國標GB311-83高壓輸變電設備的絕 緣配 合和現(xiàn)行業(yè)標準DL/T6201997交流電氣裝 置的過電壓保護和絕緣配合規(guī)定：雷電全波和截波耐受電壓分別為180kV, 250kV, 325kV；短時工頻耐受電壓（有效值）分別為85kV, 工頻耐受電壓（有效值）分別為85kV, 95 kV,140kVo電力系統(tǒng)中110kV有效接地系統(tǒng)，為了限

3、制單相接地短路電流、防止通信干擾和滿足繼電保護整定配置等要求,大 部分保護整定配置等要求,大 部分OkV變壓器分級絕緣中性點是不直接接地運行的。對于中性點不接地的分級絕緣變壓器，當雷電波從線路侵入變壓站到達變壓器中性點以及系 統(tǒng)單相接地非全相運行，特別是伴隨產(chǎn)生變壓 器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產(chǎn)生較高 的雷電過電壓或工頻穩(wěn)態(tài)過電壓，對 分級絕緣變 壓器中性點構成威脅，甚至使絕緣 損壞。因此, 分級絕緣變壓器中性點的過電壓保護通常采用FZ#-#40型避雷器或氧化鋅避雷器加并聯(lián)水平棒間隙的保護方式。但運行經(jīng)驗表明，這種保護方式 未能達到滿意效果，存在許多需商榷之處。本文 將結合實例對該配置

4、方式給系統(tǒng)運行帶來的一些 問題進行綜合分析。1運行實例分析 1998年6月24 0 11時55分，雷擊門OkV柴 桂線40號塔附近，通過中山電力工業(yè)局雷電定位系統(tǒng)觀測,其雷電流幅值達負極性定位系統(tǒng)觀測,其雷電流幅值達負極性54. 3kA,回擊三次，導致柴桂線（中山柴油機發(fā) 電 二廠側）短線接地距離工段保護動作，開關跳 閘、重合成功。但同時，因110kV系統(tǒng)瞬時單 相 接地及雷電波入侵環(huán)城站1號主變壓器中性 點， 造成水平棒間隙放電擊穿，并導致110kV環(huán)桂線（環(huán)城站側）零序工段保護動作，開關跳閘（重 合閘保護未投），使OkV環(huán)城站，板芙站失壓。 當時系統(tǒng)運行方式如圖1所示。圖1事故時系統(tǒng)運行方

5、式（QF1和QF4處于分閘狀態(tài)）事故后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，門OkV五桂山站環(huán)城站主變壓器中性點（不接地運行）水平棒間隙(110mm)放電擊穿，中性點氧化鋅避雷器(Y1W- 55/140型)動作。很顯然，按當時系統(tǒng)運行方式 和 故障錄波圖分析，門OkV環(huán)桂線零序工段保護動 作，是由于環(huán)城站主變壓器中性點水平棒 間隙放 電擊穿，使系統(tǒng)零序阻抗參數(shù)發(fā)生改變，根據(jù)繼電保護專責按事故方式下核算最大零序電流約12A,大于其整定值7A,躲不過零序故障電流而造成 110kV環(huán)桂線(環(huán)城站側開關 跳閘。事故時, “OkV柴桂線五桂山站側零序保護未投，否則, 類似情況同樣出現(xiàn)。對于分級絕緣變壓器中性點過電壓保護，采用氧化鋅

6、避雷器加并聯(lián)水平棒間隙的配置方 式, 其兩者的配合原則是：避雷器承擔雷電過電壓保 護，當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障及開關單 相重合閘專業(yè)生產(chǎn)運營 / Sample Professional Contract編號-EW/0F-VN697過程中水平棒間隙不應放電動作；只有當系統(tǒng)失地，且出現(xiàn)系統(tǒng)非全相運行或諧振 故 障時，水平棒間隙可靠動作，保護變壓器中性點 絕緣及線端設備的絕緣，防止避雷器因通流容量 不夠發(fā)生爆炸。但通過多年的運行實踐證明，避 雷器與水平棒間隙的配合相當困難， 其不足之處在于：a）在防雷保護時，以Y1W-55/140型氧化鋅避雷器為例，其標稱放電電流1 kA下雷電沖擊殘壓為109 kV,

7、按主變壓器中性點最低35kA級沖擊絕緣水平考慮，其絕緣保護裕度因數(shù)達1.51足夠。但110 mm水平棒間隙50%操作沖 擊放電電壓 （峰值）約110120kV,事故時受雷 電環(huán)境條件分 散系數(shù)的影響，更接近避雷器的沖擊殘壓水平, 這就有可能使得避雷器動作的同時，水平棒間隙 也放電擊穿，尤其在雷擊輸電線路導致系統(tǒng)瞬時 單相接地時，造成繼電保護誤動。根據(jù)近三年的運行事故統(tǒng)計，中山電力局類似的情況還出現(xiàn)六 次之多。b）當系統(tǒng)發(fā)生單相接地，分級絕緣變壓器中性點出現(xiàn)各種暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)過電壓，一般情況 下，氧化鋅避雷器和水平棒間隙都不應動作，運行經(jīng) 驗表明該配合方案并未滿足條件要求。110mm水 平棒間隙工頻

8、放電電壓約58. 4kV （有效 值），而 從中山電力局幾次事故時的故障錄波圖分析以及 過電壓理論估算，實際出現(xiàn)在主變壓 器中性點處 的工頻過電壓應低于該數(shù)值，但門0mm水平棒間 隙仍放電擊穿。由于用作間隙的棒直徑大小差異 和間隙棒頭未經(jīng)技術老煉，其 工頻放電電壓低于 研究所得到的測量值是完全可能的，那么實際運 行中也就導致了棒間隙的專業(yè)生產(chǎn)運營 / Sample Professional Contract編號-EW/0F-VN697動作頻繁以及繼電保護誤動的可能性增大。2分級絕緣變壓器中性點的過電壓保護方式按電力行業(yè)標準DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合規(guī)定，對于分級

9、 絕緣變壓器中性點的過電壓保護方式可分為兩類 情況考慮:a）有效接地系統(tǒng)中的中性點不接地的變壓器，就在中性點裝設雷電過壓保護裝置，且宜 選變壓器中性點金屬氧化物避雷器。對于中性點絕緣為60kV電壓等級的變壓 器,選用HY1.5W5-72/186型復合外套式氧化 鋅避雷器 或HY1C4-73/175型復合外套式串聯(lián)間 隙氧化鋅避 雷器，其雷電過電壓下的安全裕度 因數(shù)可達1.6左 右。且由于避雷器額定工作電壓較高，足以保證專業(yè)生產(chǎn)運營 / Sample Professional Contract編號-EW/0F-VN697當系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障引起工頻電壓升高時，避雷器不動作，避免了因 通 流容量

10、不夠發(fā)生爆炸的可能性。對于中性點絕緣為35 kV, 44kV電壓等級 的變 壓器，選用HY1C4-60/134型復合外套式串聯(lián)間隙 氧化鋅避雷器，其雷電過電壓下的安全 裕度因數(shù) 為1 2以上，該型避雷器工頻放電電壓（有效 值）不小于95kV,因此，可較長時間承 受中性點處工頻過電壓而不發(fā)生誤動作。取消加并聯(lián)水平棒間隙的保護方式，可避免因水平棒間隙頻繁動作造成繼電保護誤動的可 能性，減少了不必要的停電損失，也提高了電力 系統(tǒng)穩(wěn)定和供電可靠性。b）對可能形成系統(tǒng)失地且低壓側有電源的分級絕緣變壓器不接地的中性點應裝設間隙。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應動作；系統(tǒng)以有效接地方式運行發(fā)生單相接地

11、故障時間隙時間隙不動作。間隙距離的選擇除應 滿足 上述兩項要求外，還應兼顧雷電過電壓下保護變 壓器中性點標準分級絕緣的要求。分級絕緣變壓器帶故障失地及開關非全相操 作所產(chǎn)生的工頻過電壓有可能危及變壓器中性點 絕緣，避雷器因通流容量不足難以限制這種工頻 過電壓。因此，必須采用棒間隙保護。對于中性點絕緣為60kV絕緣等級，采用140mm 水平棒間隙保護，其雷電沖擊保護比和操作沖 擊 保護比均有足夠的裕度，且滿足過電壓規(guī)程的技 術要求。但對于90雷暴日左右的多雷區(qū) 域，雷過電壓使水平棒間隙頻繁動作導致主變 壓器失壓或繼電保護誤動的問題得不到有效的解 決。筆者認為采用HY1C4-73/175型復合外套

12、 式串 聯(lián)間隙氧化鋅避雷器并聯(lián)與之配合，能收到較好 的效果。該型避雷器的工頻放電電壓（有 效值）95k V, 1.2/50 us沖擊放電電壓（峰值120kV）,工 頻耐受電壓不小于（有效值）73kV,而140mm間隙 的工頻放電電壓上限值71kV,沖擊放電電壓下限值 129kV,足見其配合是可行 的。使用水平棒間隙保 護時應加裝間隙零序保護，即在棒間隙接地端串 有TA作為零序信號抽取，當水平棒間隙擊穿放電 時，帶時限切斷變壓器開關，防止截波作用危及 變壓器層、匝間絕緣或其它運行設備。對于中性點絕緣為35kV, 44kV電壓等級的 變壓器，其標準雷電沖擊全波和截波分別為180 kV,250 kV

13、,取絕緣老化累積因數(shù)0. 85,則變壓器中性點沖擊耐受水平約153kV,若采 用120mm水平棒間 隙，其沖擊放電電壓上限值 為154. 7kV，因此，必須加氧化鋅避雷器承擔外過電壓。考慮水平棒間 隙動作的擊穿電壓值受大氣環(huán)境條件的影響及其 它因素，根據(jù)理論計 算，選用125mm水平棒間隙與并聯(lián)HY1C4- 60/134型復合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器配 合的方式，較為適宜。棒間隙的配置，可使用4置，可使用4)16mm鋼，端部半球形，表面加工細致無毛刺并安裝時進行加電壓技術老煉，提 高運行后數(shù)據(jù)的準確性，這一點非常重要。3結論 a)以往對于分級絕緣變壓器中性點過電壓 保護，采用避雷器與水平棒間隙的配置方式，由于 參數(shù)配合困難，存在不足之處，給系統(tǒng)運行帶來 一些問題。110kV系統(tǒng)不失地時，中性點不接地的 分 級絕緣變壓器，可在中性點裝設相應技術參數(shù)的 氧化鋅避雷器。對可能形成系統(tǒng)失地且低壓側有電源的分 級絕緣變壓器不接地的中性點，采用合理的 水平專業(yè)生產(chǎn)運營 / Sample P