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变压器中性点过电压一次保护与二次保护研究


变压器中性点过电压一次保护与二次保护研究 摘要: 通过介绍变压器的中性点过电压在不接地等方式下的安全隐患,引出 了一系列关于保护变压器不被击穿故障的方法。 规范了变压器中性点过电压的计 算步骤, 继而分析其间隙异常击穿的典型案例,并且通过实验数据对中性点间隙 继电保护的整定原则进行探讨。 关键词:变压器;中性点间隙;过电压保护动作;一次保护;二次保护 前言 最近几年, 因为线路单相接地、系统非全相运行故障引发中性点间隙异常击 穿导致变压器跳闸事件屡见不鲜。为了从根本上解决此类问题,笔者进行了深入 研究,得出,要解决变压器中性点异常击穿等问题,重点应从变压器中性点二次 保护措施上下功夫。 1.中性点过电压的保护措施 在某些 110KV 或 220KV 的变电站中,为了有效制止单相接地短波电流,满 足零序电流保护好整定配置的需求,一些变压器采取了中性点不接地的方式。但 是如果应用这种方法, 极易导致雷击时造成变压器中性点过电压过高,对中性点 的绝缘层构成安全隐患。 因此需要引入一系列保护措施,以防止变压器绝缘故障 的发生。 科学的保护措施, 应根据具体的情况采用合理的保护方式,对变压器中性点 进行过电压保护。 一般情况下, 中性点的保护包括一次过电压保护与二次继电保 护。其中,一次过电压保护又分为避雷器保护、间隙保护、避雷器与间隙联合保 护。二次继电保护又分为间隙零序过电流、直接接地零序过电流保护、母线 3U0 过电压保护。 保护措施应确保变压器的中性点以不接地方式运行时,大气过电压 和系统接地瞬间故障时避雷器动作,棒间隙不应被击穿;在某些系统故障引起的 工频过电压时,棒间隙放电,同时刻间隙零序电流保护动作切除变压器,并把间 隙过电压的保护作为后备保障。 2.中性点工频过电压的计算分析 2.1 单相接地故障 由节点电压法故障分析的等值序网络理论可得出,在单相接地故障时,非接 地方式运行变压器中性点对地电压可用所在的母线零序电压代替。 并且故障点处 的零序电压最高。因此,在变电站母线处接地做法产生故障时,可用以下公式: 其中 UG 为变压器中性点工频过电压,U0m 为母线的零序电压;Ue 为系统 故障前的电压;k 为接地的系数,k=X0/X1(X0,X1 分别为故障点等值零序阻 抗、故障点等值正序阻抗) 。一般情况下有效接地系统 k<3,当 k=3 时过电压最 高,此时中性点工频过电压 UG=0.6Ue。 在额定的运行电压下,对于变压器 10KV 侧、220KV 侧中性点工频过电压: 2.2 系统非全相运行 由于断路器并不是全相分合闸,造成的中性点过电压,当系统一相开关合上 或正处于分开的断路器一相断口击穿时, 变压器中性点的工频过电压 UG 的数值 可以近似看作为相电压: 系统单相运行相似于变压器与电感线路电容串联后形成的回路。 如果参数匹 配则会产生核磁共振, 并在中性点周围产生较高的过电压。如果是两个电源电压 反相的双电源则中性点的电压为双倍的相电压,此概率基本较小。 3.中性点间隙异常击穿案例分析 在实际操作中, 还存在一定的局限性,比如变压器中性点间隙一次保护和避 雷器动作特性配合困难等, 电网负荷固有的反馈效应也会产生一定的影响。在某 一次系统故障发生时, 变压器中性点间隙的异常击穿、短时工频过电压可分为两 种情况:第一种情况是 110KV 系统发生了接地故障,系统侧跳开之后,因为负 荷侧反馈效应形成 110KV 变压器中性点短时工频过电压。第二种情况是接地故 障中的 220KV 或者 110KV 变压器中性点间隙的异常击穿。 这两种情

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