变压器停送电操作之变压器中性点接地刀闸投退分析

变压器停送电操作之变压器中性点接地刀闸投退分析

摘要: 我国110 kV 及以上电压等级的电力变压器一般采取中性点直接接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，达到了节约制造成本的目的。这样，一旦中性点产生过电压，就直接威胁变压器中性点的绝缘。为防止此类事件的发生，在变压器停、送电操作时，都要推上变压器中性点接地刀闸，防止操作时断路器三相不同期分、合闸产生过电压而损坏变压器。

1.变压器中性点绝缘水平

我国变压器中性点绝缘分为两种：一种为全绝缘，另一种为半绝缘。

全绝缘：变压器首端与尾端绝缘水平一样的称为全绝缘，多用在110 kV 以下电压等级的电力变压器。

半绝缘：半绝缘变压器中性点的绝缘水平比绕组首端要低，通常只有首端的一半，这些变压器一般采取中性点有效接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，因此变压器中性点的绝缘水平大都设计得比端部绝缘低，多用在110 kV 及以上电压等级的变压器。

2.三绕组变压器工作原理

三相变压器的每个铁心柱上，都套着三个同心式绕组，分别为高、中、低压绕组。高压绕组总是排列在最外层，低压绕组和中压绕组则可以有不同的排列位置，低压绕组在中间，宜作升压变压器使用;中压绕组绕组在中间，宜作降压变压器使用。它的工作原理如图 1 所示。

图 1 三绕组变压器工作原理

3.过电压对变压器中性点绝缘的影响：(以切空载变压器为例)

变压器过电压有大气过电压和操作过电压两类。操作过电压一般为额定电压的2—4.5 倍，而大气过电压可达到额定电压的8—12 倍。变压器设计的绝缘强度一般考虑能承受2.5 倍的过电压，中性点的电压则更低。不论哪一种过电压，都会导致变压器铁芯严重饱和，励磁电流增大，使铁芯严重发热，烧毁变压器绝缘，特别是中性点绝缘。

电网中用断路器切空变是一种常规的操作方式。在这种操作过电压中，有可能产生很高的过电压。当变压器瞬时切开的，磁能就转变为电能，在转变的过程中就在变压器上引起过电压。由于操作过电压的能量来源于电网本身，所以它的幅值和电网的工频电压基本上成正比，操作过电压的幅值与电网该处工频相电压过电压的幅值之比，称为操作过电压倍数K。

4.变压器停送电操作时，推上变压器中性点接地刀闸的必要性

切除空载变压器会产生过电压：正常运行时，空载变压器表现为一个励磁电感。因此，切除空载变压器就是切除一个电感性负荷。经验表明，用断路器切断大于100A 以上交流电流时，磁场能量为零，在切除过程中不会产生过电压。但

切除空载变压器时，所切除的是变压器的空载电流，其值仅为额定电流的0.5%—4%，一般只有几安到几十安。断路器的灭弧能力显得异常强大，从而使空载电流未到零之前就因强制息弧而切断，也就是发生空载电流的突然“截断”。截流后，等值电感中储藏的磁场能量全部转变为等值电容的电场能量，从而产生了切空载变压器过电压。如图 2 所示

图 2 切空载变压器过电压

图 3 切空载变压器电路

根据上图分析可知：对于一侧有电源的受电变压器，当其开关非全相拉、合时，若其中性点不接地有以下危险：(1)变压器电源侧中性点对地电压最大可达相电压，这可能损坏变压器绝缘; (2)变压器的高、低压线圈之间有电容，这种电

容会造成高压对低压的“传递过电压”(3)当变压器高低压线圈之间电容耦合，低压侧会有电压达到谐振条件; 时，可能会出现谐振过电压，损坏绝缘。

对于低压侧有电源的送电变压器：

(1)由于低压侧有电源，在并入系统前，变压器高压侧发生单相接地，若中性点未接地，则其中性点对地电压将是相电压，这可能损坏变压器绝缘;

(2)非全相并入系统时，在一相与系统相联时，由于发电机和系统的频率不同，变压器中性点又未接地，该变压器中性点对地电压最高将是二倍相电压，未合相的电压最高可达 2.73 倍相电压，将造成绝缘损坏事故。所以，在投、切空载变压器时，必须合上变压器中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。

对于220KV 变压器从中压侧向系统送电时，必须同时合上变压器中、高压侧中性点接地刀闸。因为，变压器的变比K=U1/U2=220/110=2，当合中压侧开关时，产生的过电压是其额定相电压的 2.5 倍时，则高压侧就变为 5 倍的相电压，这是变压器高压侧中性点无法承受的，所以，也必须推上变压器高压侧中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。

5.中性点对继电保护的影响

110kv 及以上系统中性点直接接地电网中低压侧有电源的变压器，中性点可能直接接地运行，也可能不接地运行。对这类变压器，应当装设反应单相按地的零序电流保护，用以在中性点接地运行时切除故障; 还应当装设专门的零序电流电压保护，用以在中性点不接地运行时切除故障。保护方式对不同类型的变压器又有所不同，下面分别予以说明。

5.1 全绝缘的变压器

当变压器低压侧有电源且中性点可能不接地运行时，还应增设零序过电压保护。《电根据力设备过电压保护设计技术规程》SDJ 7-79，对于直接接地系统的全绝缘变压器，内过电压计算一般为3Uxg(Uxg---最高运行相电压) 。当电力网中失去接地中性点并且发生弧光接地时，过电压值可达到3.0Uxg，因此不会损害变压器中性点绝缘;但在个别情况下，弧光接地过电压值可达到3.5Uxg，仍有损坏变压器的危险。由于一分钟工频耐压大于等于3.0Uxg，所以在 3.5Uxg 电压下仍允许一定时间，装设零序过电压保护经0.5s 延时切除变压器，可以防止变压器遭受弧光接地过电压的损害。其次，在非直接接地电力网中，切除单相接地空载线路产生的操作过电压，可能达到 4.0Uxg 及以上。电网中失去接地中性点且单相接地时，以0.5s 延时迅速切除低压侧有电源的变压器，还可以在某些情况下避免电力设备遭受上述操作过电压的袭击。

在电力网存在接地中性点且发生单相接地时，零序过电压保护不应动作。动作值应按这一条件整定。当接地系数X0/X1≤3 时。故障点零序电压小于等于0 .6Uxg，因此，一般可取动作电压力180V。当实际系统中X0/X1<3 时，也可取与实际X。/X1 值相对应的低于180V 的整定值。

5.2 分级绝缘的变压器。

对于中性点可能接地或不接地运行的变压器，中性点有两种接地方式：装设放电间隙和不装设放电间隙。这两种接地方式的变压器，其零序保护也有所不同。

(1)中性点装设放电间隙。放电间隙的选择条件是：在一定的X0/X1 值下，躲过单相接地暂态电压。一般X0/X1≤3，此时，按躲过单相接地暂态电压整定的间隙值，能够保护变压器中性点绝缘免遭内过电压的损害，当电力网中失去接地中性点且单相接地时，间隙放电。对于中性点装设放电间隙的变压器，要