變壓器中性點過電壓保護的研究與分析

變壓器中性點過電壓保護的研究與分析

變壓器一般采用分級絕緣結構，中性點絕緣有35kV，44kV，60kV 電壓等級，按原國標GB311—83《高壓輸變電設備的絕緣配合》和現行業標準DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定：雷電全波和截波耐受電壓分別為180kV，250kV，325kV；短時工頻耐受電壓(有效值)分別為85kV，95 kV，140kV。電力系統中110kV有效接地系統，為了限制單相接地短路電流、防止通信干擾和滿足繼電保護整定配置等要求，大部分變壓器分級絕緣中性點是不直接接地運行的。

對于中性點不接地的分級絕緣變壓器，當雷電波從線路侵入變壓站到達變壓器中性點以及系統單相接地、非全相運行，特別是伴隨產生變壓器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產生較高的雷電過電壓或工頻穩態過電壓，對分級絕緣變壓器中性點構成威脅，甚至使絕緣損壞。因此，分級絕緣變壓器中性點的過電壓保護通常采用氧化鋅避雷器或過電壓保護器加并聯水平棒間隙的保護方式。但運行經驗表明，這種保護方式未能達到滿意效果，存在許多需商榷之處。本文將結合實例對該配置方式給系統運行帶來的一些問題進行綜合分析。

運行實例分析

對于分級絕緣變壓器中性點過電壓保護，采用氧化鋅避雷器或過電壓保護器加并聯水平棒間隙的配置方式，其兩者的配合原則是：氧化鋅避雷器承擔雷電過電壓保護，當系統發生單相接地故障及開關單相重合閘過程中水平棒間隙不應放電動作；只有當系統失地，且出現系統非全相運行或諧振故障時，水平棒間隙可靠動作，保護變壓器中性點絕緣及線端設備的絕緣，防止氧化鋅避雷器因通流容量不夠發生爆炸。但通過多年的運行實踐證明，氧化鋅避雷器與水平棒間隙的配合相當困難，其不足之處在于：

a)在防雷保護時，以氧化鋅避雷器為例，其標稱放電電流 1 kA下雷電沖擊殘壓為 109 kV，按主變壓器中性點*低35kA級沖擊絕緣水平考慮，其絕緣保護裕度因數達1.51足夠。但 110 mm 水平棒間隙50%操作沖擊放電電壓(峰值)約110～120kV，事故時受雷電環境條件分散系數的影響，更接近氧化鋅避雷器的沖擊殘壓水平，這就有可能使得氧化鋅避雷器動作的同時，水平棒間隙也放電擊穿，尤其在雷擊輸電線路導致系統瞬時單相接地時，造成繼電保護誤動。根據近三年的運行事故統計，中山電力局類似的情況還出現六次之多。

b)當系統發生單相接地，分級絕緣變壓器中性點出現各種暫態或穩態過電壓，一般情況下，氧化鋅避雷器和水平棒間隙都不應動作，運行經驗表明該配合方案并未滿足條件要求。110mm 水平棒間隙工頻放電電壓約58.4kV(有效值)，而從中山電力局幾次事故時的故障錄波圖分析以及過電壓理論估算，實際出現在主變壓器中性點處的工頻過電壓應低于該數值，但110mm水平棒間隙仍放電擊穿。由于用作間隙的棒直徑大小差異和間隙棒頭未經技術老煉，其工頻放電電壓低于研究所得到的測量值是完全可能的，那么實際運行中也就導致了棒間隙的動作頻繁以及繼電保護誤動的可能性增大。