浅析矿区110kV天池中性点放电间隙和避雷器配置探讨

浅析矿区 110kV天池中性点放电间隙和避雷器配置探讨

李映龙

重庆能投松藻配售电有限公司

摘 要：110kV天池变电站110kV主变压器采用FSZ-50000/110±8*1.25%/38.5±2*2.5%/6.3kV三绕组变压器。根据我国现行有关设计规定，110kV及以上电网一般采用大电流接地方式。但在电网实际运行中，通常采取将部分变压器中性点接地，另一部分变压器中性点不接地的运行方式。对于中性点不直接接地的分级绝缘变压器，中性点保护一般采用放电间隙并联氧化锌避雷器。

本文对110kV天池变电站110kV主变压器110kV中性点的避雷器和放电间隙的配置做了分析，同时对间隙零序保护定值进行了计算。

[关键词] 110kV；分级绝缘变压器；中性点； 配置

1、前言

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, 中性点绝缘水平很低。110kV天池变电站主变压器采用的是分级绝缘变压器，中性点绝缘水平为95kV。为防止雷电过电压、操作过电压和变压器高压侧( 110kV系统) 单相接地引起过电压对中性点绝缘破坏, 在变电站设计中都要将过电压保护和二次继电保护相配合。采用分级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过电压, 保护通常采用变压器中性点装设避雷器和放电间隙, 其中避雷器主要是防止雷电过电压; 间隙保护主要防止变压器中性点绝缘遭受危险的工频过电压及谐振过电压损坏, 两者有效配置起来对分级绝缘变压器中性点过电压进行了有效保护。

2、中性点放避雷器和放电间隙的配置分析

2.1 放电间隙选择配置

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配置, 放电间隙装于变压器中性点与地线之间, 有棒形、球形和角形等多种形式。工程中以棒—棒形用得最多, 计算其间隙长度。

在工频电压作用下, 间隙50% 工频击穿电压应满足以下条件:

首先, 工频电压作用下, 间隙( 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。

其次, 系统发生接地故障时, 当有关中性接地点跳闸后, 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) ,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2Ugx ( Ugx是相电压, 即相线与中性线间的电压) 。

根据U₀= U₀ 得: U₅₀ ( 1- 3R) Kc>U₀= U₀

根据上试得: U₅₀ ( 1- 3R) Kc>U₀= Ugx

按照最不利的条件考虑, U₀= U₀ 中U₀ 取极限值0.6U xg,110kV系统电压取三相系统最高电压126kV; U₅₀ ( 1- 3R) Kc>U₀= U₀ 中取额定电压110kV; R为空气气隙工频击穿电压的标准偏差, 取0.02; Kc为气象系数, 取1.05, 可得:

× 0.66× 126/5₀( 1-3×0.02 ) × 1.05< ×110/

即为: 62.6kV50< 91.0kV

在棒—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—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—棒间隙长度为11～15cm, 即为110～150mm。

在U₅₀ ( 1- 3R) Kc>U₀= U₀ 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, 间隙长度应在满足时尽量短,根据110kV天池变电站所处地理位置和气象条件，确定该保护间隙长度为125mm。

2.2 避雷器的选择配置

为了防止雷电过电压, 中性点避雷器配置应满足以下条件冲击放电电压应低于变压器中性点冲击耐压; 灭弧电压应大于电网单相接地而引起的中性点电位升高的稳态值U₀=UxgK (K+2)。其中Uxg 为相电压, K=X₀ /X₁ ( X₀ 和X₁ 分别指电网的零序电抗和正序阻抗) 。对有效接地系统K≤3, 将K=3 代入上式U₀max=0.6U xg, 相应的最大暂态电压为1.2Uxg·对中性点可直接接地运行, 也可不接地运行系统, 相应的最大暂态电压为2Uxg。

工程实践中配置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。110kV天池站110kV分级绝缘变压器中性点绝缘水平为LI250AC95, 即额定雷电冲击耐受电压为250kV, 额定短时工频耐受电压为95kV( 有效值) 。配置Y1.5W- 73/200 避雷器, 起始动作电压不小于103kV, 8/20μs; 1kA最大雷电冲击残压为200kV, 满足上述两个条件。

3、继电保护及整定值的配置

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不接地运行时, 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, 中性点配置间隙保护时, 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保护。如图3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, 则零序电压元件动作, 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, 则零序电流元件动作, 延时0.5s 动作切除变压器。

变压器零序过电压保护电压整定值一般按照3U₀等于1.8 倍相电压整定, 即: U_dz·0=1.8Ux 当3U₀ 取自变比为Ux= 100/ 的电压互感器时, 开口三角形绕组的电压定值为180V。当X₀/X₁=3 时, 故障点的3U₀=180V, 其他点的3U₀<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X₀/X₁<3时, 也可取实际X₀/X₁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, 允许保护有较低的整定值, 故零序元件3I₀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。

4、结论

110kV天池变电站采用的分级绝缘变压器中性点保护主要是变压器中性点间隙保护,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。

根据綦南供电局110kV变电站中性点放电间隙的运行经验，由于环境气候影响，中性点放电间隙动作不稳定。因此我所在110kV变电站投运以后，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、环境气候影响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。

3