中性点放电间隙和避雷器配置探讨——以110kV分级绝缘变压器为例
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图 1 典型的 110kV变压器主接线图
图 1 是典型的 1 10 kV变压器主接线图, 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。
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中性点放电间隙和避雷器配置探讨
— —— 以 110kV 分级绝缘变压器为例
宋梅芳 ( 广西 博阳 电力 设计 有限 责任 公司 , 广 西南 宁 530023)
[ 摘 要] 目前, 大部分城镇和企业供电系统中广泛应用 110k V 变压器, 为防止雷电过电压、操作过电压和变压器高压侧单相接地引起过 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。 [ 关键词] 110 kV; 配置; 分级绝缘变压器
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 。如 1 1 0k V系统中的分级绝缘变压器中性点绝缘水平为 95 kV。为防止雷电 过电压、操作过电压和变压器高压侧 ( 11 0k V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。
1 中性点放避雷器和放电间隙的配置分析 1.1 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, 1 1 0kV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 Ugx ( Ugx 是相电压, 即相线与中性 线间的电压) 。 根据 U0=! 2 U0 得: U50 ( 1- 3R) Kc>U0=! 2 U0 根据上试得: U50 ( 1- 3R) Kc>U0= !2 Ugx 按照 最不 利 的条 件 考虑 , U0= ! 2 U0 中 U 0 取 极限 值 0.6 U xg, 1 1 0k V 系统电 压取三 相系统 最高 电压 1 2 6k V; U50 ( 1 - 3R) Kc>U0= ! 2 U0 中取额 定电压 11 0 kV; R 为空气气隙 工频击穿电压的 标准偏 差, 取 0.0 2; Kc 为气象系数, 取 1.0 5, 可得: ! 2 ×0 .6 ×1 2 6/ ! 3 <U50 ( 1 - 3 ×0 .0 2) ×1 .0 ologytrndnologytrndnologytrndnologytrnd中性点放电间隙和避雷器配置探讨以110kv分级绝缘变压器为例宋梅芳广西博阳电力设计有限责任公司广西南宁530023摘要目前大部分城镇和企业供电系统中广泛应用110kv变压器为防止雷电过电压操作过电压和变压器高压侧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
即为: 62.6kV <U50< 9 1.0 kV 在棒—棒间隙小于 1 00 0 mm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 6 kV/cm , 故 可 计算 出 符 合上 述 条 件 的棒—棒 间隙 长 度 为 1 1 ～ 15 cm, 即为 1 10～1 50 mm。 在 U50 ( 1- 3R) Kc>U0= !2 U0 中, 只有在 1 1 0k V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, 常选择间隙长度 1 40 mm。 1.2 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 U 0max=0.6U xg, 相 应的 最大 暂 态电 压为 1.2 Uxg·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 2 Uxg。 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。典型的 11 0 kV 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 25 0 kV, 额定短时工频 耐受电压为 95 kV ( 有效值) 。配置 Y1.5 W- 7 3/2 0 0 避雷器, 起始动作 电压不小于 1 03 kV, 8/20 μs; 1 kA最 大雷电冲击残压为 20 0 kV, 满 足上述两个条件。 2 继电保护及整定值的配置 11 0 KV 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 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, 则零序电压元件动作, 经 0.5 s 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, 各延时 0.5s 动作 于切除变压器。
图 1 是典型的 1 10 kV变压器主接线图, 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。
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中性点放电间隙和避雷器配置探讨
— —— 以 110kV 分级绝缘变压器为例
宋梅芳 ( 广西 博阳 电力 设计 有限 责任 公司 , 广 西南 宁 530023)
[ 摘 要] 目前, 大部分城镇和企业供电系统中广泛应用 110k V 变压器, 为防止雷电过电压、操作过电压和变压器高压侧单相接地引起过 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。 [ 关键词] 110 kV; 配置; 分级绝缘变压器
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 。如 1 1 0k V系统中的分级绝缘变压器中性点绝缘水平为 95 kV。为防止雷电 过电压、操作过电压和变压器高压侧 ( 11 0k V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。
1 中性点放避雷器和放电间隙的配置分析 1.1 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, 1 1 0kV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 Ugx ( Ugx 是相电压, 即相线与中性 线间的电压) 。 根据 U0=! 2 U0 得: U50 ( 1- 3R) Kc>U0=! 2 U0 根据上试得: U50 ( 1- 3R) Kc>U0= !2 Ugx 按照 最不 利 的条 件 考虑 , U0= ! 2 U0 中 U 0 取 极限 值 0.6 U xg, 1 1 0k V 系统电 压取三 相系统 最高 电压 1 2 6k V; U50 ( 1 - 3R) Kc>U0= ! 2 U0 中取额 定电压 11 0 kV; R 为空气气隙 工频击穿电压的 标准偏 差, 取 0.0 2; Kc 为气象系数, 取 1.0 5, 可得: ! 2 ×0 .6 ×1 2 6/ ! 3 <U50 ( 1 - 3 ×0 .0 2) ×1 .0 ologytrndnologytrndnologytrndnologytrnd中性点放电间隙和避雷器配置探讨以110kv分级绝缘变压器为例宋梅芳广西博阳电力设计有限责任公司广西南宁530023摘要目前大部分城镇和企业供电系统中广泛应用110kv变压器为防止雷电过电压操作过电压和变压器高压侧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
即为: 62.6kV <U50< 9 1.0 kV 在棒—棒间隙小于 1 00 0 mm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 6 kV/cm , 故 可 计算 出 符 合上 述 条 件 的棒—棒 间隙 长 度 为 1 1 ～ 15 cm, 即为 1 10～1 50 mm。 在 U50 ( 1- 3R) Kc>U0= !2 U0 中, 只有在 1 1 0k V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, 常选择间隙长度 1 40 mm。 1.2 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 U 0max=0.6U xg, 相 应的 最大 暂 态电 压为 1.2 Uxg·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 2 Uxg。 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。典型的 11 0 kV 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 25 0 kV, 额定短时工频 耐受电压为 95 kV ( 有效值) 。配置 Y1.5 W- 7 3/2 0 0 避雷器, 起始动作 电压不小于 1 03 kV, 8/20 μs; 1 kA最 大雷电冲击残压为 20 0 kV, 满 足上述两个条件。 2 继电保护及整定值的配置 11 0 KV 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 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, 则零序电压元件动作, 经 0.5 s 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, 各延时 0.5s 动作 于切除变压器。