110kV变压器中性点间隙保护的配置与整定

110kV变压器中性点间隙保护的配置与整定

杨彪

贵州电网有限责任公司安顺供电局，贵州省安顺市 561000

摘要：计算分析某某变110kV主变压器中性点不接地时的过电压，根据电网公司要求和电力规程对变压器中性点保护的规定，拆除原有中性点仅为避雷器的保护形式，提出采用间隙保护与避雷器相互并联的中性点保护方式，并确定了间隙距离。通过继电保护定值的整定，保障了变压器在系统发生单相接地、非全相分合闸或雷电冲击时，均能安全稳定运行。

关键词：变压器中性点；单相接地；间隙保护并联避雷器；继电保护定值整定

110kV变压器保护配置按反应量分为:反应非电气量保护,如重瓦斯、轻瓦斯保护;反应电气量保护,如差动、过电流、零序过流、零序过压、中性点接地间隙、过负荷保护。非电气量保护的定值可取厂家推荐值,电气量保护的整定计算比较复杂。而110kV变电站实际运行中，存在着设备老化、环境和人为等多种因素的影响极易导致电力设备发生故障，为确保故障发生时，继电保护装置能够正确迅速地发挥自动保护功能，必须对地区110kV变电站继电保护采用具体的整定方案，进一步提高继电保护工作效率，确保电网安全稳定运行。

1、变压器中性点间隙保护的配置

目前常见的输电网络电压等级有：220kV、110kV和35kV。110kV及以上电压等级主要承担输电任务，形成多电源供电模式，采用中性点直接接地方式，其主保护一般由全线路速动纵联保护担任，后备保护由距离保护、零序保护、阶段式过流保护组成。110kV以下电压等级的电网，主要承担地区电网供配电任务，发生单相接地后为保证继续供电，中性点采用非直接接地方式。

变压器中性点间隙保护结构原理如图1所示，放电间隙、避雷器和接地隔离开关并联配置。接地隔离开关可根据电力调度要求投用或退出，投用表示变压器中性点采用直接接地方式，此时变压器中性点与大地接通，放电间隙被旁路，构成了电力系统零序电流的流通回路，可根据变压器中性点处电流互感器配置零序过电流保护。退出表示变压器中性点采用间隙接地方式，此时变压器中性点与大地之间不构成零序电流通路，在系统发生接地故障不失地时，零序电压或放电间隙电流达到整定值，间隙保护动作退出变压器运行。当变压器遭受雷电高电压时，中性点避雷器可靠动作保护绝缘不受损坏。

2、变压器中性点间隙保护整定原则

当变压器所接的电力网失去接地中性点，又发生单相接地故障时，GB/T14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》规定：零序电流保护或零序过电压保护即零序间隙保护应动作，经0.5s的延迟，保护出口跳开变压器各侧断路器，为保护变压器在正确的时刻退出运行，需要整定合适的零序过电压定值。

2.1单相接地故障时中性点零序电压向量分析

某某变110kV电力系统为中性点有效接地系统，正常运行时零序电压为A、B、C三相相电压向量和：3U0=UA+UB+UC=0（1）

某某化110kV变电所现有4台主变，运行规程要求选择其中1台主变中性点直接接地，其他3台主变中性点不接地。只选择1台主变中性点接地而非所有变压器中性点均接地运行，是为了降低系统的零序阻抗，限制系统在发生单相接地故障时的短路电流，小于三相短路故障时的短路电流，满足继电保护配合整定的要求。当中性点接地运行的变压器因故障退出运行时，发生单相接地而破坏系统的对称性，接地相电压为0，非接地两相电压升至线电压，则零序电压为3倍相电压：

3U0=UA+UB+UC=0+UBA+UCA=3U（2）

中性点不接地变压器的中性点电压为：

其中，U0为变压器中性点零序电压一次值；I0为变压器中性点零序电流一次值；X0、X1、X2分别为系统的零序、正序、负序阻抗；U1为系统额定相电压一次值。可以看出，变压器中性点零序电压受系统零序阻抗与正序阻抗比值的影响，该比值不应大于3，在比值为3时中性点过电压最为严重，得到U0=0.6U1。

2.2放电间隙的最大工频击穿电压

某某变主变中性点绝缘水平为LI250AC95，表示全波冲击电压250kV，工频耐受电压95kV。放电间隙的最大工频击穿电压应小于变压器中性点工频耐受电压，即放电间隙工频击穿电压有效值应满足：

其中，Uog为变压器中性点工频耐受电压。某某变110kV变压器中性点间隙工频击穿电压有效值为：

根据计算结果80.16kV，依据图2棒-棒空气间隙的工频击穿电压曲线和平均击穿场强6kV/10mm的数据，得出间隙距离d应小于134mm。

2.3放电间隙与避雷器的配合

如图1所示，变压器中性点放电间隙与避雷器并联，避雷器的型号Y1.5W-72/186，标示避雷器的额定电压为72kV，雷电冲击电流残压186kV。如果中性点出现超过72kV稳定的工频过电压，避雷器在该电压下长时间运行有可能烧毁。因此，从保护避雷器的角度，要求间隙动作的最大工频击穿电压应小于避雷器额定电压。

2.4放电间隙距离的计算

依据上述计算结果，放电间隙的工频击穿电压应该大于变压器中性点的零序电压52.03kV，小于避雷器额定电压72kV。根据平均击穿场强6kV/10mm的数据，放电间隙距离应该在86～120mm，最终确定放电间隙距离为110mm。

2.5放电间隙冲击放电电压的估算

变压器中性点间隙保护在50%雷电波冲击击穿电压下也可以起到保护作用，根据相关试验数据，棒-棒放电间隙50%雷电波冲击击穿电压与间隙距离有较好的线性关系，估算公式如下：50%雷电波冲击电压≈间隙距离×0.8774（11）根据上述确定的放电间隙距离110mm，计算50%雷电波冲击击穿电压为96.5kV，小于变压器中性点全波冲击电压210.94kV，在雷电类冲击过电压下，间隙保护也能对变压器中性点绝缘起到保护作用。

结束语

本文计算了间隙保护最大距离和最小距离，最终确定了某某变110kV变压器中性点间隙距离为110mm，不仅满足了变压器中性点和避雷器的绝缘安全，也避免了保护装置可能会出现的“误动”和“拒动”问题。本次改造安装的变压器中性点间隙保护成套设备，通过后台自动化系统的组态、控制柜测控装置的遥控，实现了中性点接地隔离开关远方控制功能。当运行人员倒闸操作变压器接隔离开关时，不用到现场手动操作，在主控室后台自动化系统就可实现分合刀闸的远程操作，避免了人员触电的风险，提高了工作效率。

参考文献

［1］翟保豫，马涛，李开鑫.220kV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离的配合分析［J］.电气技术，2018，（4）：54～57.