变压器中性点过电压及其防护措施_王月强
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
３ 中性点过电压防护措施 对中性点的过电压保护应根据实际的 具体情况选择最佳的保护方式，应与二次侧 保护设备相互配合。一般而言，中性点保护 包括过电压保护和继电保护。其中继电保护 有：母线３Ｕ０过电压、间隙零序过电流、直 接接地零序过电流；过电压保护分为：避雷 器保护、间隙保护、避雷器与间隙联合保 护。中性点保护的作用如下。 （１）中性点直接接地运行时，零序电 流保护起作用，避雷器作后备（防止直接接 地运行因故变成中性点不接地运行）。 （２）不接地运行时，在大气过电压或 系统接地故障瞬态过电压下，避雷器动作。 （３）不接地运行时，系统故障引起工 频过电压，棒间隙放电，同时间隙零序电流 保护动作切除变压器，母线３Ｕ０过电压保护 作后备。 根据ＤＬ／Ｔ６２０－ １９９７《交流电气装置的 过电压保护和绝缘配合》的有关规定提出了 保护配置意见：①对１１０ｋＶ和２２０ ｋＶ有效接 地系统中可能形成的局部不接地系统（如接 地变压器误跳开关等原因引起等）、低压侧 有电源的变压器不接地中性点应装设间隙保 护。②经验算，如断路器因操作机构出现非 全相和严重不同期产生的铁磁谐振过电压可 能危及中性点为标准分级绝缘、运行中性点 不接地的１１０ ｋＶ和２２０ ｋＶ变压器的中性点绝 缘，宜在中性点装设间隙保（下转２５页）
由于断路器非全相分合闸造成中性点 过电压。当系统一相开关合上或处于分断位 置的断路器一相断口击穿时，变压器中性点 过电压值大小可近视为相电压，在这种情况 下相当于变压器电感Ｌ与线路线间电容并联 后再与线间零序电容构成回路，如果参数匹 配就会产生铁磁谐振，在中性点上产生较高 过电压，如果是双电源且两个电源的电压反 相，则中性点的电位为两倍相电压，这种情 况出现的概率非常少。由于现在断路器都是 连动的，因此出现上述情形比较少，但在实 际变电站运行中曾出现过，在中性点过电压 保护的设计中也要给予考虑。
（上接５１页）护。③变压器中性点间隙值的确定应综合考虑： 间隙的标准雷电波动作值小于主变压器中性点的标准雷电波耐 受值；因接地故障形成局部不接 地系统时间隙应动作；系统以有 效接地方式运行，发生单相接地 故障时，间隙不应动作。目前， 全国变电站对中性点所采取的过 电压保护措施有：①采用阀式避 雷器或氧化锌避雷器对中性点过 图１ 中性点过电压常用接线 电压进行保护。②采用棒－棒间隙配合保护装置来防止中性点过 电压。③采用避雷器与间隙并联的形式对中性点过电压进行保 护，这种方式目前用得最普遍（如图１所示）。
技术创新 ２５
造作用，规模越大对储层的改造作用越强。 ２．３ 断层对储集物性的影响 断层活动对储层物性的影响主要表现在两个方面：①形成
构造裂缝，提高孔隙度和渗透率，如埕北３０６井位于埕北断层上 升盘，日油５０．１ ｔ，气３０１４ ｍ３，显示出良好的产能；②控制流体 流动，为储层岩石发生溶解作用提供酸性介质，如埕北６井钻遇 到潜山内幕油气藏，其储集空间主要由埕北断层活动形成的裂 缝和下降盘沙河街组有机质成熟时有机酸沿断层运移至砂岩储 层矿物溶解形成的次生孔隙组成，日油５９．６ｔ，气４７４０ｍ３。
对于１１０ ｋＶ级变压器，则Ｕ＝０ ０．３５×１１０× １．１５＝４４．３ ｋＶ。如果系统单相接地时接地变 压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器 拒动，则系统形成局部不接地系统，此时的 中性点过电压值更高，其值近视为相电压 值，如在１１０ ｋＶ变压器中表现的中性点电位 的稳态值为７３ ｋＶ。这种非正常运行状态曾 在不少地区出现，引起健全相及中性点避雷 器爆炸。
单相接地故障造成三相不对称运行， 在变压器中性点上必然会产生过电压。正常 网络发生单相接地故障时，系统允许其工作 ２ ｈ左右，在断路器跳开单相接地故障之 前，变压器中性点产生过电压值大小与Ｋ＝ Ｘ０／Ｘ有１ 关，其中：Ｘ为０ 零序阻抗，Ｘ为１ 正序 阻 抗 。 由 于 电 网 各 处 Ｘ０／ Ｘ１不 容 易 准 确 提 供，且有效接地系统网络一般Ｋ≤３，当 Ｋ＝３时过电压最严重。此时中性点稳态过电 压 公 式 计 算 为 ： Ｕ ＝０Ｕ ×ｅ Ｋ ／ （ Ｋ ＋ ２ ） 。 当 Ｋ ＝ ３ 时，Ｕ０＝０．３５ Ｕｅ，Ｕｅ取最高运行线电压，如
３ 结论 （ １）埕岛地区的中生界潜山储层中含砾砂岩储集物性最 好，其次是砂岩，再次为孔隙度、渗透率都较高的粉砂岩。 （２）不整合面对储层有良好的改造作用，规模越大对储层 的改造作用越强。 （３）断层对储层物性影响较大，主干断裂附近是储层最有 利发育区。 （４）成岩作用对中生界潜山储集物性的影响主要体现在： 强压实、多种胶结、对长石的溶解溶蚀和矿物的交代作用等。
式中：ｎ－侵入雷电波的相数；ｒ－变压器振荡 衰减系数，对于纠结式绕组取０．５，连续式绕组去 ０．８；Ｕｂ－变压器入口处避雷器上的残压（或放电 电压）。
由上式可以看出当三相同时进雷电波 时过电压最高。
（２）内部过电压。在电力系统正常运 行方式下，由于断路器操作和各类故障如接 地、断线等，使得电力系统参数发生变化， 从而引起电磁能量的振荡转化和传递而出现 的电压升高，称为内部过电压。内部过电压 分为两类，即：因操作故障引起的瞬间（以 毫秒计）电压升高，称为操作过电压；在瞬 间完成之后出现的稳态性质的工频过电压升 高和谐振现象，称为暂时过电压。反映在中 性点上的内部过电压主要表现为发生单相接 地时中性点过电压和断路器非全相分合闸造 成中性点过电压。
【参考文献】 ［１］漆家福， 于福生， 陆克政， 等．渤海湾地区的中生代盆地构 造概论［Ｊ］． 地学前缘， ２００３， １０１９９－２０６ ［２］张功成． 渤海海域构造格局与富生烃凹陷分布［Ｊ］． 中国海 上油气（地质），２０００， １４（２）： ９３－９９ ［３］张善文， 隋凤贵， 林会喜， 等．渤海湾盆地前古近系油气地 质与远景评价［Ｍ］． 北京： 地质出版社， ２００９ ［４］周文， 刘家铎， 胡文艳， 等． 埕岛中东部潜山带古生界和太 古界储层裂缝分布评价［Ｊ］． 矿物岩石， ２０００， ２０（１）： ５２－５６ ［５］杨明慧． 渤海湾盆地潜山多样性及其成藏要素比较分析［Ｊ］． 石油与天然气地质， ２００８， ２９（５）： ６２３－６３１ ［６］渤海湾地质综合研究大队．渤海湾油区古潜山的发育及 其与油气富集关系的初步认识［Ｊ］． 石油勘探与开发，１９７７（２）：１１－１３ ［７］李军，刘丽峰， 赵玉合， 等． 古潜山油气藏研究综述［Ｊ］． 地 球物理学进展， ２００６， ２１（３）： ８７９－８８７ ［８］ 林松辉， 王华， 张桂霞， 等． 东营凹陷西部潜山油气藏特征 ［Ｊ］． 石油与天然气地质， ２０００， ２１（４）： ３６０－３６３
技术创新 ５１
１ 引言 变压器是电网中的关键设备，其安全 运行关系着整个电网的安全运行。变压器在 运行中会遭受过电压的侵蚀 。 ［１￣３］ 电力系统 过电压形式分为两大类：雷电过电压和内部 过电压。其中雷电Leabharlann Baidu电压即为通常所说的大 气过电压，其原因是由于雷击下引起电力系 统的变化所致。内部过电压主要是由于电力 系统内部运行方式的改变引起的过电压反 映，其主要包括操作过电压和暂态时过电 压。变电站中性点过电压产生也是基于上述 的原因，当变压器中性点不接地时反映在中 性点上的过电压形式有：雷电过电压、操作 过电压、暂时过电压。 ２ 变压器所承受过电压的类型分析 （１）雷电过电压。由于雷电波沿线路 传入变电站或直接击中变电站内造成变压器 中性点电位升高，变压器中性点上出现的最 大雷击过电压主要取决于变压器入口处的避 雷器残压和变压器的特性，一般雷击过电压 值可按下式计算：
【参考文献】 ［１］周瑜，席保锋，徐阳，等．过电压监测技术与设备绝缘状态研 究分析［Ｊ］．绝缘材料，２００９，４２（３）：６０－６３ ［２］周凯，张涛，董秀成，等．配电网过电压在线监测的阻容分压 器研制［Ｊ］．电气应用，２００７，２６（８）：９６－９９ ［３］张源斌，张文元，邹林．ＤＬＥ－ＩＩ数字式电力系统过电压在线 监测仪［Ｊ］．高电压技术，１９９６，２２（２）：３６－３７
随着制造工业的发展，氧化锌避雷器由于具有结构简单， 具有优异的保护特性、耐重复动作能力强、通流容量大、造价 较低的优点，目前广泛应用于电力系统中性点过电压的保护。
４ 结论
本文阐述了变压器所承受过电压的类型，并对其中性点过 电压的防护措施进行了介绍，表明对于变压器中性点过电压防 护，采用氧化锌避雷器进行过电压防护是有效措施。
交代作用：中生界的交代作用类型多，以碳酸盐交代为
主，强度大。主要有方解石交代长石、绿泥石交代方解石、铁 白云石交代长石斑晶、铁白云石交代石英等。
本地区中生界储层原生孔隙的减少主要是压实压溶作用和 早期碳酸盐胶结作用引起；长石的一致性溶解是形成该地区储 层储集空间的主要因素；晚期铁白云石胶结物是减小次生孔隙 的因素之一，裂隙作用是改善了储层渗透率，增加了储层的储 集空间，而长石溶蚀为高岭石的作用虽然增大了总孔隙度，但 是减小了储层的渗透性。
２．４ 成岩作用对储集物性的影响 埕岛地区中生界储层储集空间以次生孔隙为主，原生孔隙 几乎不发育。因此，成岩作用是决定该区中生界储层的关键因 素。 压实压溶作用：压实压溶作用是消除孔隙的重要成岩作 用。通过改变颗粒的接触关系，缩小粒间孔，增大岩石密度， 使岩石物性降低。并且压实压溶作用随埋深增加而增加，达 ３０００米以后，原生孔隙减少到１％～２％的不可压缩程度。压实压 溶作用包括云母压实变形、刚性颗粒的破碎、泥岩岩屑的压实 变形以及颗粒间的凹凸接触等，总体表现为强压实特征。 胶结作用：胶结作用对储层物性的影响取决于胶结物种 类、含量和胶结时间。在成岩早期，胶结作用可以抑制压实作 用，特别对于早期碳酸盐胶结发育时，为后期的溶蚀作用形成 次生孔隙奠定了物质基础；对于晚期胶结作用，充填次生孔 隙，使岩石物性变差。中生界总体上胶结类型多样，主要有方 解石胶结、铁白云石胶结、石英、长石加大等，且作用强度大。 溶解、溶蚀作用：溶解、溶蚀作用是本地区中生界储层次 生孔隙形成主要机理，被溶组分主要为长石、碳酸盐矿物等， 几乎８０％以上的孔隙是由长石等不稳定组分的溶解、溶蚀形成
的。但是长石溶蚀高岭石过程中，按质量平衡计算，１ ｃｍ３斜长 石 溶 解 生 成 越 大 于 １ ｃ ｍ３的 高 龄 石 ， 虽 然 增 加 了 储 层 的 总 孔 隙 度，但是增加的是高龄石晶间孔隙，对储层的渗透率起到破坏 性的影响，而该区长石溶解合高龄石沉淀的现象相当普遍，是 减小渗透率的重要因素。中生界的溶蚀溶解作用主要有长石溶 解、菱铁矿胶结物溶解、安山岩岩屑斑晶溶解、石英溶解等。
由于断路器非全相分合闸造成中性点 过电压。当系统一相开关合上或处于分断位 置的断路器一相断口击穿时，变压器中性点 过电压值大小可近视为相电压，在这种情况 下相当于变压器电感Ｌ与线路线间电容并联 后再与线间零序电容构成回路，如果参数匹 配就会产生铁磁谐振，在中性点上产生较高 过电压，如果是双电源且两个电源的电压反 相，则中性点的电位为两倍相电压，这种情 况出现的概率非常少。由于现在断路器都是 连动的，因此出现上述情形比较少，但在实 际变电站运行中曾出现过，在中性点过电压 保护的设计中也要给予考虑。
（上接５１页）护。③变压器中性点间隙值的确定应综合考虑： 间隙的标准雷电波动作值小于主变压器中性点的标准雷电波耐 受值；因接地故障形成局部不接 地系统时间隙应动作；系统以有 效接地方式运行，发生单相接地 故障时，间隙不应动作。目前， 全国变电站对中性点所采取的过 电压保护措施有：①采用阀式避 雷器或氧化锌避雷器对中性点过 图１ 中性点过电压常用接线 电压进行保护。②采用棒－棒间隙配合保护装置来防止中性点过 电压。③采用避雷器与间隙并联的形式对中性点过电压进行保 护，这种方式目前用得最普遍（如图１所示）。
技术创新 ２５
造作用，规模越大对储层的改造作用越强。 ２．３ 断层对储集物性的影响 断层活动对储层物性的影响主要表现在两个方面：①形成
构造裂缝，提高孔隙度和渗透率，如埕北３０６井位于埕北断层上 升盘，日油５０．１ ｔ，气３０１４ ｍ３，显示出良好的产能；②控制流体 流动，为储层岩石发生溶解作用提供酸性介质，如埕北６井钻遇 到潜山内幕油气藏，其储集空间主要由埕北断层活动形成的裂 缝和下降盘沙河街组有机质成熟时有机酸沿断层运移至砂岩储 层矿物溶解形成的次生孔隙组成，日油５９．６ｔ，气４７４０ｍ３。
对于１１０ ｋＶ级变压器，则Ｕ＝０ ０．３５×１１０× １．１５＝４４．３ ｋＶ。如果系统单相接地时接地变 压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器 拒动，则系统形成局部不接地系统，此时的 中性点过电压值更高，其值近视为相电压 值，如在１１０ ｋＶ变压器中表现的中性点电位 的稳态值为７３ ｋＶ。这种非正常运行状态曾 在不少地区出现，引起健全相及中性点避雷 器爆炸。
单相接地故障造成三相不对称运行， 在变压器中性点上必然会产生过电压。正常 网络发生单相接地故障时，系统允许其工作 ２ ｈ左右，在断路器跳开单相接地故障之 前，变压器中性点产生过电压值大小与Ｋ＝ Ｘ０／Ｘ有１ 关，其中：Ｘ为０ 零序阻抗，Ｘ为１ 正序 阻 抗 。 由 于 电 网 各 处 Ｘ０／ Ｘ１不 容 易 准 确 提 供，且有效接地系统网络一般Ｋ≤３，当 Ｋ＝３时过电压最严重。此时中性点稳态过电 压 公 式 计 算 为 ： Ｕ ＝０Ｕ ×ｅ Ｋ ／ （ Ｋ ＋ ２ ） 。 当 Ｋ ＝ ３ 时，Ｕ０＝０．３５ Ｕｅ，Ｕｅ取最高运行线电压，如
３ 结论 （ １）埕岛地区的中生界潜山储层中含砾砂岩储集物性最 好，其次是砂岩，再次为孔隙度、渗透率都较高的粉砂岩。 （２）不整合面对储层有良好的改造作用，规模越大对储层 的改造作用越强。 （３）断层对储层物性影响较大，主干断裂附近是储层最有 利发育区。 （４）成岩作用对中生界潜山储集物性的影响主要体现在： 强压实、多种胶结、对长石的溶解溶蚀和矿物的交代作用等。
式中：ｎ－侵入雷电波的相数；ｒ－变压器振荡 衰减系数，对于纠结式绕组取０．５，连续式绕组去 ０．８；Ｕｂ－变压器入口处避雷器上的残压（或放电 电压）。
由上式可以看出当三相同时进雷电波 时过电压最高。
（２）内部过电压。在电力系统正常运 行方式下，由于断路器操作和各类故障如接 地、断线等，使得电力系统参数发生变化， 从而引起电磁能量的振荡转化和传递而出现 的电压升高，称为内部过电压。内部过电压 分为两类，即：因操作故障引起的瞬间（以 毫秒计）电压升高，称为操作过电压；在瞬 间完成之后出现的稳态性质的工频过电压升 高和谐振现象，称为暂时过电压。反映在中 性点上的内部过电压主要表现为发生单相接 地时中性点过电压和断路器非全相分合闸造 成中性点过电压。
【参考文献】 ［１］漆家福， 于福生， 陆克政， 等．渤海湾地区的中生代盆地构 造概论［Ｊ］． 地学前缘， ２００３， １０１９９－２０６ ［２］张功成． 渤海海域构造格局与富生烃凹陷分布［Ｊ］． 中国海 上油气（地质），２０００， １４（２）： ９３－９９ ［３］张善文， 隋凤贵， 林会喜， 等．渤海湾盆地前古近系油气地 质与远景评价［Ｍ］． 北京： 地质出版社， ２００９ ［４］周文， 刘家铎， 胡文艳， 等． 埕岛中东部潜山带古生界和太 古界储层裂缝分布评价［Ｊ］． 矿物岩石， ２０００， ２０（１）： ５２－５６ ［５］杨明慧． 渤海湾盆地潜山多样性及其成藏要素比较分析［Ｊ］． 石油与天然气地质， ２００８， ２９（５）： ６２３－６３１ ［６］渤海湾地质综合研究大队．渤海湾油区古潜山的发育及 其与油气富集关系的初步认识［Ｊ］． 石油勘探与开发，１９７７（２）：１１－１３ ［７］李军，刘丽峰， 赵玉合， 等． 古潜山油气藏研究综述［Ｊ］． 地 球物理学进展， ２００６， ２１（３）： ８７９－８８７ ［８］ 林松辉， 王华， 张桂霞， 等． 东营凹陷西部潜山油气藏特征 ［Ｊ］． 石油与天然气地质， ２０００， ２１（４）： ３６０－３６３
技术创新 ５１
１ 引言 变压器是电网中的关键设备，其安全 运行关系着整个电网的安全运行。变压器在 运行中会遭受过电压的侵蚀 。 ［１￣３］ 电力系统 过电压形式分为两大类：雷电过电压和内部 过电压。其中雷电Leabharlann Baidu电压即为通常所说的大 气过电压，其原因是由于雷击下引起电力系 统的变化所致。内部过电压主要是由于电力 系统内部运行方式的改变引起的过电压反 映，其主要包括操作过电压和暂态时过电 压。变电站中性点过电压产生也是基于上述 的原因，当变压器中性点不接地时反映在中 性点上的过电压形式有：雷电过电压、操作 过电压、暂时过电压。 ２ 变压器所承受过电压的类型分析 （１）雷电过电压。由于雷电波沿线路 传入变电站或直接击中变电站内造成变压器 中性点电位升高，变压器中性点上出现的最 大雷击过电压主要取决于变压器入口处的避 雷器残压和变压器的特性，一般雷击过电压 值可按下式计算：
【参考文献】 ［１］周瑜，席保锋，徐阳，等．过电压监测技术与设备绝缘状态研 究分析［Ｊ］．绝缘材料，２００９，４２（３）：６０－６３ ［２］周凯，张涛，董秀成，等．配电网过电压在线监测的阻容分压 器研制［Ｊ］．电气应用，２００７，２６（８）：９６－９９ ［３］张源斌，张文元，邹林．ＤＬＥ－ＩＩ数字式电力系统过电压在线 监测仪［Ｊ］．高电压技术，１９９６，２２（２）：３６－３７
随着制造工业的发展，氧化锌避雷器由于具有结构简单， 具有优异的保护特性、耐重复动作能力强、通流容量大、造价 较低的优点，目前广泛应用于电力系统中性点过电压的保护。
４ 结论
本文阐述了变压器所承受过电压的类型，并对其中性点过 电压的防护措施进行了介绍，表明对于变压器中性点过电压防 护，采用氧化锌避雷器进行过电压防护是有效措施。
交代作用：中生界的交代作用类型多，以碳酸盐交代为
主，强度大。主要有方解石交代长石、绿泥石交代方解石、铁 白云石交代长石斑晶、铁白云石交代石英等。
本地区中生界储层原生孔隙的减少主要是压实压溶作用和 早期碳酸盐胶结作用引起；长石的一致性溶解是形成该地区储 层储集空间的主要因素；晚期铁白云石胶结物是减小次生孔隙 的因素之一，裂隙作用是改善了储层渗透率，增加了储层的储 集空间，而长石溶蚀为高岭石的作用虽然增大了总孔隙度，但 是减小了储层的渗透性。
２．４ 成岩作用对储集物性的影响 埕岛地区中生界储层储集空间以次生孔隙为主，原生孔隙 几乎不发育。因此，成岩作用是决定该区中生界储层的关键因 素。 压实压溶作用：压实压溶作用是消除孔隙的重要成岩作 用。通过改变颗粒的接触关系，缩小粒间孔，增大岩石密度， 使岩石物性降低。并且压实压溶作用随埋深增加而增加，达 ３０００米以后，原生孔隙减少到１％～２％的不可压缩程度。压实压 溶作用包括云母压实变形、刚性颗粒的破碎、泥岩岩屑的压实 变形以及颗粒间的凹凸接触等，总体表现为强压实特征。 胶结作用：胶结作用对储层物性的影响取决于胶结物种 类、含量和胶结时间。在成岩早期，胶结作用可以抑制压实作 用，特别对于早期碳酸盐胶结发育时，为后期的溶蚀作用形成 次生孔隙奠定了物质基础；对于晚期胶结作用，充填次生孔 隙，使岩石物性变差。中生界总体上胶结类型多样，主要有方 解石胶结、铁白云石胶结、石英、长石加大等，且作用强度大。 溶解、溶蚀作用：溶解、溶蚀作用是本地区中生界储层次 生孔隙形成主要机理，被溶组分主要为长石、碳酸盐矿物等， 几乎８０％以上的孔隙是由长石等不稳定组分的溶解、溶蚀形成
的。但是长石溶蚀高岭石过程中，按质量平衡计算，１ ｃｍ３斜长 石 溶 解 生 成 越 大 于 １ ｃ ｍ３的 高 龄 石 ， 虽 然 增 加 了 储 层 的 总 孔 隙 度，但是增加的是高龄石晶间孔隙，对储层的渗透率起到破坏 性的影响，而该区长石溶解合高龄石沉淀的现象相当普遍，是 减小渗透率的重要因素。中生界的溶蚀溶解作用主要有长石溶 解、菱铁矿胶结物溶解、安山岩岩屑斑晶溶解、石英溶解等。