1號主變中性點過壓保護(hù)存在的隱患探討

摘 要：電力系統(tǒng)主變壓器中性點過壓保護(hù)的配置合理與否，直接關(guān)系到分級絕緣變壓器的安全運行。本文分析了某發(fā)電廠125MW機(jī)組2號發(fā)變組保護(hù)改造后1號主變壓器110kV中性點過壓保護(hù)存在的隱患，指出在該隱患未消除之前應(yīng)采取的防范措施。

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關(guān)鍵詞：變壓器；分級絕緣；中性點；過壓保護(hù)

引言

電力系統(tǒng)110kV、220kV主變壓器一般采用分級絕緣結(jié)構(gòu)，這種主變壓器的中性點絕緣是最薄弱的地方，從保護(hù)中性點絕緣的角度出發(fā)，最簡單和直接的方法是將其中性點接地。但110kV、220kV系統(tǒng)是屬于有效接地系統(tǒng)，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(hù)整定配置等要求，調(diào)度部門對系統(tǒng)中分級絕緣變壓器的中性點接地有嚴(yán)格的要求，所以110kV、220kV系統(tǒng)中大部分主變分級絕緣中性點是不接地運行的。對于中性點不接地的分級絕緣變壓器，當(dāng)雷電波從線路侵入變壓站到達(dá)變壓器中性點以及系統(tǒng)單相接地、非全相運行，特別是伴隨產(chǎn)生變壓器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產(chǎn)生較高的雷電過電壓或工頻穩(wěn)態(tài)過電壓，對分級絕緣變壓器中性點構(gòu)成威脅，甚至使絕緣損壞。所以對分級絕緣變壓器必須配置完善的中性點過壓保護(hù)。

1 1、2號主變中性點過壓保護(hù)配置情況

125MW機(jī)組1、2號主變?yōu)楸６ㄗ儔浩鲝S生產(chǎn)的三圈變（型號為SFPS9-150000/220），其220、110kV側(cè)繞組為Y接法，13.8kV側(cè)繞組為△接法，220、110kV側(cè)繞組都有中性點引出。

1.1 1、2號主變220kV中性點過壓保護(hù)配置

1、2號主變220kV中性點過壓保護(hù)配置采用氧化鋅避雷器加并聯(lián)水平棒間隙過流的方式，輔以220kV零序過壓保護(hù)形成完善的中性點過壓保護(hù)；間隙過流中電流取至主變220kV中性點間隙CT，220kV零序過壓保護(hù)中零序電壓取至220kV母線PT開口三角形；三者的配合原則是：避雷器承擔(dān)雷電過電壓保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障及開關(guān)單相重合閘過程中水平棒間隙不應(yīng)放電動作；只有當(dāng)系統(tǒng)失去接地點（以下稱系統(tǒng)失地），且出現(xiàn)系統(tǒng)非全相運行或諧振故障以及單相接地故障還存在時，水平棒間隙可靠動作，保護(hù)變壓器中性點絕緣及線端設(shè)備的絕緣，防止避雷器因通流容量不夠發(fā)生爆炸；220kV零序過壓保護(hù)也是只有當(dāng)系統(tǒng)失地后單相接地故障還存在時才動作切除變壓器以保護(hù)變壓器中性點絕緣及線端設(shè)備的絕緣；三者配合能夠適應(yīng)靈活的運行方式。

1.2 1、2號主變110kV中性點過壓保護(hù)配置

1、2號主變110kV中性點過壓保護(hù)配置采用氧化鋅避雷器加零序聯(lián)跳的方式，輔以110kV零序過壓保護(hù)形成主變110kV中性點過壓保護(hù)；三者的配合原則是：避雷器承擔(dān)雷電過電壓保護(hù)，當(dāng)110kV系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，110kV中性點接地主變的110kV零序過流動作切除110kV中性點不接地主變的110kV側(cè)，保護(hù)不接地主變的110kV中性點絕緣及線端設(shè)備的絕緣，當(dāng)單相接地點在不接地主變的110kV側(cè)時其110kV零序過壓保護(hù)動作再切除該主變220kV側(cè)和13.8kV側(cè)。

2 1、2號主變110kV中性點過壓保護(hù)配置存在的問題

2.1 110kV設(shè)計為零序聯(lián)跳保護(hù)存在明顯的缺點

2.1.1 當(dāng)110kV側(cè)發(fā)生單相接地時有選擇性切除故障的概率只有50%。如果110kV側(cè)發(fā)生單相接地故障的接地點在中性點接地變壓器的110kV側(cè)范圍內(nèi)時，中性點接地變壓器的110kV側(cè)零序過流保護(hù)t1時限動作切除中性點不接地變壓器的110kV側(cè)后故障仍然存在于系統(tǒng)中，此時中性點接地變壓器的110kV側(cè)零序過流保護(hù)t2時限動作切除本臺主變后將造成110kVⅠ、Ⅱ組母線全部失壓。

2.1.2 母線故障時沒有選擇性，會擴(kuò)大停電范圍。

2.1.3 零序過流保護(hù)時間整定必須和主變相間保護(hù)配合，對保護(hù)整定配合不利。

2.1.4 必須在兩臺主變同時停運時才能進(jìn)行互跳試驗，條件苛刻，二次接線容易錯誤。由于兩臺主變從系統(tǒng)方式上不能同時停運，所以1、2號主變投運近十年來從來沒有做過110kV零序互跳試驗。

2.2 1、2號主變110kV中性點沒有設(shè)計安裝間隙和間隙零序電流保護(hù)

在系統(tǒng)單相接地故障造成中性點接地變壓器跳閘后將形成系統(tǒng)失地，在此情況下發(fā)生開關(guān)非全相操作等情況產(chǎn)生的工頻穩(wěn)態(tài)過電壓將危及變壓器中性點絕緣（因為主變110kV中性點并聯(lián)的氧化鋅避雷器由于額定工作電壓選擇較高而在此情況下不會動作，如果該避雷器選擇較低的額定工作電壓則在該情況下會因避雷器通流容量不足可能發(fā)生爆炸）。

基于以上1、2號主變110kV中性點過壓保護(hù)配置存在的問題，2008年5月利用1號脫硫變接入2號主變低壓側(cè)進(jìn)行2號發(fā)變組保護(hù)更換的機(jī)會，對2號主變110kV側(cè)中性點增加了保護(hù)間隙和間隙電流保護(hù)并取消了零序聯(lián)跳回路，完善了2號主變110kV側(cè)中性點的過壓保護(hù)。

3 1號主變110側(cè)中性點的過壓保護(hù)配置存在的隱患

3.1 由于取消了1、2號主變110kV零序聯(lián)跳回路，1號主變110側(cè)中性點的過壓保護(hù)配置顯得更加存在問題，于是在2009年6月利用更換1號主變110側(cè)中性點1110接地刀閘的機(jī)會對1號主變110kV側(cè)中性點增加了保護(hù)間隙和間隙CT，待更換1號發(fā)變組保護(hù)時再增加其間隙電流保護(hù)。但分析這種只增加保護(hù)間隙而沒有相應(yīng)增加間隙電流保護(hù)的做法其實是有弊無利，因為當(dāng)110kV系統(tǒng)單相接地故障發(fā)生在1號主變范圍內(nèi)造成系統(tǒng)失地而1號主變110kV側(cè)中性點又不接地的情況下可能出現(xiàn)兩種不利的情況：一是如果沒有采用間隙過流保護(hù)的末端變壓器中性點間隙搶先放電，當(dāng)無法持續(xù)放電時，則1號主變將無法脫離故障系統(tǒng)而長時間承受過電壓；二是1號主變110kV側(cè)中性點增加的保護(hù)間隙在過電壓下將擊穿放電（由于沒有間隙過流保護(hù)，1號主變將無法脫離故障系統(tǒng)），間隙擊穿放電產(chǎn)生的截波作用將嚴(yán)重危及1號主變的匝間、層間絕緣和其他運行設(shè)備。

3.2 間隙安裝不規(guī)范，棒間隙的端部被打磨成圓錐形，沒有按照規(guī)范將端部加工成半球形。這樣的間隙由于端部圓錐形的“尖端”效應(yīng)造成間隙工頻放電電壓降低，使得間隙零序保護(hù)誤動的可能性大大增加。另外，棒間隙在安裝前沒有進(jìn)行細(xì)致的打磨除去表面毛刺部分并對棒頭加電壓技術(shù)老煉，也可能造成間隙工頻放電電壓低于該間隙的理論放電電壓而增加保護(hù)誤動的可能。

4 在目前的情況下應(yīng)采取的防止1號

主變中性點過壓的防范措施在1號主變運行時始終保持其110kV側(cè)中性點接地。在特殊情況下調(diào)度要求2號主變110kV側(cè)中性點接地而1號主變110kV側(cè)中性點不接地時應(yīng)人為解除1號主變110kV側(cè)中性點保護(hù)間隙或增大間隙距離。加大對1號主變110kV零序過壓保護(hù)的檢查維護(hù)力度。作好相應(yīng)準(zhǔn)備，在有機(jī)會時立即增加1號主變110kV側(cè)中性點間隙過流保護(hù)。在主變停運檢修時必須準(zhǔn)確測量其中性點間隙距離并對間隙棒頭進(jìn)行細(xì)致打磨除去表面毛刺部分，將棒頭按規(guī)定加工成半球形。有機(jī)會時將主變安裝的間隙拆下進(jìn)行加電壓技術(shù)，提高運行后間隙擊穿電壓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]《DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》.

作者簡介：張明（1975，9-），男，二級技師、助理工程師，從事電力工程技術(shù)專業(yè)。