变压器中性点保护方式的分析

变压器中性点保护方式的分析

摘要：本文主要对110kV、220kV两种规格变压器的中性点保护方式进行系统分析，包括单一采取间隙保护、单一应用避雷器保护及间隙联合避雷器保护三种方式，以期为变压器的安全管理给予参考。

关键词：变压器；中性点；保护方式

当前，在110kV和220kV中性点有效接地系统中，有一些变压器的中性点采用不接地方式，原因在于避免受到通信影响，满足继电保护需要[1]。在实际运行中，变压器中性点往往会受到雷击、非全相运行过电压等影响，此时电压有可能导致变压器的中性点绝缘的破损，因此，需要采取必要的保护措施。

1 单一应用放电间隙保护

现阶段，我国在220kV、110kV电力系统主要是实施中性点有效接地方式运作的，为有效控制单相短路电流，会控制部分变压器中性点的接地。通常220kV 变压器中性点如果未能进行固定接地，间隙需要推荐为350mm；110kV变压器中性点如果是采取常规绝缘，那么间隙应为140mm。

放电间隙保护的工作原理就是在间隙回路系统中串用零序电流互感设备，通过间隙放电特征，让其在雷电过电压时实施放电，进而有效保护变压器中性点绝缘。当系统出现故障之后，变压器中性点的工频电位会提高到一定水平，作出零序电流保护运行，将此不接地变压器予以切断，以免中性点出现失地带运作。中性点的零序电流保护在最短时间内将低压端电线予以切断，然通过较长时间对变压器有关开关予以限跳[2]。

基于间隙冲放特性看，按照上述间隙水平保护好变压器中性点绝缘是完全可满足需求的。就以110kV变压器为实例，由于放电存在分散性，因此要选定放电分散系数为1.06，同时因气象环境的干扰，将气象系数和绝缘累计系数分别设为1.05、1.15。基于工频耐受电压95kV设备，预期间隙可以在74kV之内运行

（95/1.06X1.05X1.15），如采取140mm间隙距的绝缘予以配合则完全满足需要。但是，如果间隙工放电压和单相接地时工频稳态过电压73kV基本一致，而要低于79kV的工频暂态过电压，这和过电压规定是不相符的。倘若增加间隙距，那么会降低变压器裕度，这是不可为的。

2 单一应用避雷器保护

在采用避雷器进行保护时，通常220kV变压器中性点应用YIW146/320，该类型避雷器UR为146kV，持续运作电压Uc为116kV，雷电冲击残压是320kV，运行冲击残压是304kV。而110kV变压器中性点通常是应用YIW60/144。该型号避雷器UR为60kV，持续运行电压Uc为48kV，雷电冲击残压是144kV，运行冲击残压是137kV。

现对110kV变压器中性点实际情况予以剖析，应用上述型号避雷器可选定系统为1.4，比中性点绝缘冲击耐压水平要低，所以在保护上有一定裕度。按照规定需要避雷器的运行电压在56.7kV以上，但是实际为48kV，所有规定是不相符的。该类避雷器无法承受相电压，前文对变压器非全相运行予以分析，中性点电压可以到UXG。如果在低压侧存在电源，高压侧的线路会出现单相故障，在系统线路开关跳闸之后，如果构成局部未接地造成的故障运行，那么变压器中性点电压有可能比避雷器承受电压高，进而导致后者的严重破损。

单一应用避雷器变压器中性点运行相对良好。原因在于：（1）当前短路器的整体质量得到大幅提升，三相无法同期的问题发生可能性很小；（2）电网的

实际零序、正序阻抗比值控制在1.5以内，在设置为单相接地时，过电压相对低于理论数据；（3）通常变电站具备2台以上的变压器，在实际运行中会设置最少1台中性点接地，比如：变压器低压侧存在联络线路，可通过零序电流达到保护中性点效用，在未能接地时则会在产生失地带故障运行之前将联络线路予以切除，如此有助于避雷器的安全稳定运行。

3 间隙联合避雷器保护

虽然对于变压器中性点采取间隙联合避雷器保护未有明确标准和规定，但在实际运行中有较广的应用。此种保护的目的在于，雷电过电压及暂态过电压均通过避雷器起到保护效用，而对于可能造成避雷器较长时间内过电压间隙动作予以控制，但要考虑到间隙及避雷器的实际特性配合[3]。在实施此种保护方式时，可能出现间隙反应，但避雷器未能作出反应，而这具有一定的益处：一是因间隙工放电压为59kV，在间隙作出反应后，能够对避雷器过大工频过电压予以限制，这可有效保障避雷器的稳定、安全运作。二是倘若间隙、避雷器有合理的搭配，那么避雷器也不可能无反应，其反应有助于减轻对中性点的影响。三是能量相对不大的雷电过电压于主变中性点出现发射时，则可能会由避雷器予以吸收，即便该时电压还没有达到间隙反应电压。

综上而言，当前变压器中性点有3种保护方式，每种方式均有其应用特点和优势。但也要认识到各保护方式运行中必须注意的问题：

（1）220kv主变中性点不得选用Y10W-200/496型避雷器进行保护，除其中性点是220kV。主变220kV中隆点也能选用Y1W-73/200型避雷器保进行保护，原因在于其额定电压过低。

（2）220kv主变中性点单一应用避雷器实施保护的不宜选用Y10W-96/268型避雷器，原因在于主变中性点绝缘水平裕度充足，而避雷器的耐受工频过电压裕度不足，需提升其工频耐受电压。

（3）110kv变压器中性点间隙不够作出保护过多动作。那么对于60kV级绝缘中性点间隙不低于1500mm，44kV级绝缘中性点的间隙必须在130mm以上，而对于35kV级绝缘中性点间隙则须在120mm以上。

（4）碳化硅避雷器换成氧化锌避雷器，且当前中性点应用避雷器均为1kA 残压，缺少工频耐受电压要求及曲线。所以建议选用通流容量较大、工频耐受性好、低残压中性点避雷器。

参考文献：

[1]李博江，文习山，严玉婷等.110kV变压器中性点水流保护间隙与避雷器并联保护方式[J].高电压技术，2014，5(20):162-163.

[2]林耀洲，陈秀娟，陈维江等.110和220kV不接地运行变压器中性点保护方式[J].电网技术，2012，5(07):152-153.

[3]陈锐，王书友，张德广.110kV和220kV变压器中性点过电压及保护分析[J].变压器，2013，6(09):149-150.