變壓器中性點(diǎn)的運(yùn)用及保護(hù)

李榮

【摘 要】本文主要介紹了中性點(diǎn)的接地方式，使用方法及運(yùn)用于變壓器時(shí)的保護(hù)方式，中性點(diǎn)在電力系統(tǒng)的作用及其重要性。

【關(guān)鍵詞】電力系統(tǒng)；中性點(diǎn)；接地方式；保護(hù)

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)是指星形連接的變壓器（或發(fā)電機(jī)）的中性點(diǎn)。中性點(diǎn)的運(yùn)行方式涉及到絕緣水平、通訊干擾、接地保護(hù)方式、電壓等級(jí)、系統(tǒng)接線等方面。電力系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地方式的選擇合適不合適，關(guān)系著電網(wǎng)能否安全運(yùn)行。

一、中性點(diǎn)接地方式

（一）中性點(diǎn)直接接地

中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，也稱(chēng)大接地電流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)中一相接地時(shí)，出現(xiàn)除中性點(diǎn)以外的另一個(gè)接地點(diǎn)，構(gòu)成了短路回路，接地故障相電流很大，為了防止設(shè)備損壞，必須迅速切斷電源，因而供電可靠性低，易發(fā)生停電事故。但這種系統(tǒng)上發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于系統(tǒng)中性點(diǎn)的鉗位作用，使非故障相的對(duì)地電壓不會(huì)有明顯的上升，因而對(duì)系統(tǒng)絕緣是有利的。

優(yōu)點(diǎn)是絕緣方面減少了投資，因?yàn)樵诎l(fā)生單相接地時(shí)，中性點(diǎn)電壓為零，非故障相電壓不升高，設(shè)備和線路對(duì)地電壓可以按照相電壓設(shè)計(jì)，從而降低了造價(jià)，減少了投資。缺點(diǎn)是供電可靠性較低：因?yàn)橹行渣c(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，短路電流很大，必須斷開(kāi)故障電路，中斷對(duì)用戶(hù)的供電，故供電可靠性較低。單相短路電流很大，中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相短路時(shí)，相當(dāng)于將電源的正負(fù)極直接短路，故短路電流很大，可能須選用大容量的開(kāi)關(guān)，增加了投資。

（二）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流與故障點(diǎn)的位置無(wú)關(guān)。由于殘流很小，接地電弧可瞬間熄滅，有力地限制了電弧過(guò)電壓的危害作用。繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置、避雷器、避雷針等，只能保護(hù)具體的設(shè)備、廠所和線路，而消弧線圈卻能使絕大多數(shù)的單相接地故障不發(fā)展為相間短路，發(fā)電機(jī)可免供短路電流，變壓器等設(shè)備可免受短路電流的沖擊，繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置不必動(dòng)作，斷路器不必動(dòng)作，從而對(duì)所在系統(tǒng)中的全部電力設(shè)備均有保護(hù)作用。

（三）中性點(diǎn)不接地

我國(guó)大部分6～10kV和部分35kV高壓電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地運(yùn)行方式。其主要特點(diǎn)是：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，各相間的電壓大小和相位保持不變，三相系統(tǒng)的平衡沒(méi)有遭到破壞，因此，在短時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)運(yùn)行。但是，為了防止故障擴(kuò)大，造成相間短路；或者單相弧光接地時(shí)，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振而引起過(guò)電壓，導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓，規(guī)定帶故障點(diǎn)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)2h，這樣較長(zhǎng)時(shí)間帶故障點(diǎn)運(yùn)行給生產(chǎn)和調(diào)度造成很大的壓力。

二、應(yīng)用情況

我國(guó)110kV及以上電網(wǎng)一般采用大電流接地方式，即中性點(diǎn)有效接地方式（在實(shí)際運(yùn)行中，為降低單相接地電流，可使部分變壓器采用不接地方式），包括中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)經(jīng)低阻接地。這樣中性點(diǎn)電位固定為地電位，發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓升高不會(huì)超過(guò)1.4倍運(yùn)行相電壓；暫態(tài)過(guò)電壓水平也較低；故障電流很大，繼電保護(hù)能迅速動(dòng)作于跳閘，切除故障，系統(tǒng)設(shè)備承受過(guò)電壓時(shí)間較短。因此，大電流接地系統(tǒng)可使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備絕緣水平降低，從而大幅降低造價(jià)。

6～35kV配電網(wǎng)一般采用小電流接地方式，即中性點(diǎn)非有效接地方式。包括中性點(diǎn)不接地、高阻接地、經(jīng)消弧線圈接地方式等。在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于中性點(diǎn)非有效接地，故障點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生大的短路電流，因此允許系統(tǒng)短時(shí)間帶故障運(yùn)行。這對(duì)于減少用戶(hù)停電時(shí)間，提高供電可靠性是非常有意義的。

三、變壓器中性點(diǎn)保護(hù)

情況1：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障，中性點(diǎn)接地的變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電流保護(hù)，可由兩段組成，每段各帶兩個(gè)時(shí)限，短時(shí)限動(dòng)作于斷開(kāi)母聯(lián)或分段斷路器，縮小故障影響范圍，長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。

情況2：當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障，中性點(diǎn)接地的變壓器跳開(kāi)后，電網(wǎng)零序電壓升高或諧振過(guò)電壓等都會(huì)危及中性點(diǎn)不接地的變壓器中性點(diǎn)絕緣。因此，中性點(diǎn)不接地的變壓器應(yīng)裝設(shè)零序電壓保護(hù)或間隙零序電流保護(hù)。

（一）分級(jí)絕緣變壓器

大型變壓器是電力生產(chǎn)的核心設(shè)備，由于其成本較高，故在110kV及以上的中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，多采用分級(jí)絕緣的變壓器。在實(shí)際運(yùn)行中，部分變壓器的中性點(diǎn)是直接接地的。但還有部分變壓器的中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。所謂分級(jí)絕緣，就是變壓器的線圈靠近中性點(diǎn)部分的主絕緣，其絕緣水平比線圈端部的絕緣水平低。分級(jí)絕緣變壓器運(yùn)行中應(yīng)注意的問(wèn)題：

1、分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)一定要加裝避雷器和防止過(guò)電壓間隙；

2、如果條件允許，運(yùn)行方式允許，分級(jí)絕緣變壓器一定要中性點(diǎn)接地運(yùn)行；

3、分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)如果不接地運(yùn)行，中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)一定要可靠投入。

（二）變壓器中性點(diǎn)配置關(guān)鍵原則

（1）在雙母線運(yùn)行時(shí)，應(yīng)考慮當(dāng)母聯(lián)開(kāi)關(guān)跳閘后，保證被分開(kāi)的兩個(gè)系統(tǒng)至少應(yīng)有一臺(tái)變壓器中性點(diǎn)接地；

（2）變壓器中、低壓側(cè)有電源時(shí)，則變壓器中性點(diǎn)必須直接接地，以防止高壓側(cè)斷路器跳閘，變壓器成為中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)；

（3）發(fā)電機(jī)—變壓器—線路組的主變壓器中性點(diǎn)應(yīng)保持接地運(yùn)行。

（三）變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓的三種形式

（1）大氣過(guò)電壓

（2）單相接地故障引起的過(guò)電壓

（3）斷路器非全相分合閘引起的過(guò)電壓（主要表現(xiàn)為電網(wǎng)中斷路器的非同期重合閘、非全相動(dòng)作、導(dǎo)線斷線等）

（四）變壓器中性點(diǎn)間隙保護(hù)的三種方式

可采用間隙、避雷器及避雷器聯(lián)合放電間隙3種方式。變壓器多采用避雷器聯(lián)合放電間隙的保護(hù)方式。放電間隙采用棒—棒間隙，避雷器多配置為氧化鋅避雷器。避雷器并聯(lián)間隙的保護(hù)分工是工頻、操作過(guò)電壓由間隙承擔(dān)，雷電、暫態(tài)過(guò)電壓由避雷器承擔(dān)，同時(shí)，又用間隙來(lái)限制避雷器上可能出現(xiàn)的過(guò)高幅值的工頻過(guò)電壓和過(guò)高的殘壓。這種方式既對(duì)變壓器中性點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，又起到互為保護(hù)的作用。

（五）變壓器中性點(diǎn)間隙過(guò)流保護(hù)

放電間隙保護(hù)是由零序電壓和零序電流并聯(lián)組成，且電流定值比較靈敏，時(shí)間較短，沒(méi)有與其他保護(hù)配合的關(guān)系。在直接接地狀態(tài)時(shí)，如遇到外部故障，在中性點(diǎn)CT中就有零序電流流過(guò)，將造成間隙過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)。在經(jīng)間隙接地狀態(tài)時(shí)，在發(fā)生接地故障時(shí)，在其他接地變跳開(kāi)后，中性點(diǎn)零序電壓將升高，使間隙零序電壓保護(hù)動(dòng)作。間隙擊穿后，零序電流動(dòng)作，保護(hù)不接地變壓器的安全。間隙保護(hù)全稱(chēng)為變壓器中性點(diǎn)間隙接地保護(hù)成套裝置。主要用于110KV和220KV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)。

（六）變壓器零序電壓保護(hù)

中性點(diǎn)放電間隙是一種較為粗糙的設(shè)備，因其放電電壓受氣象條件、調(diào)整精度以及連續(xù)放電次數(shù)的影響可能出現(xiàn)該動(dòng)作而不能動(dòng)作的情況。為此，還應(yīng)裝設(shè)零序電壓保護(hù)，作為放電間隙拒動(dòng)時(shí)的后備保護(hù)。

四、結(jié)論

中性點(diǎn)的接地方式關(guān)系到整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，而相關(guān)的保護(hù)配置與配合關(guān)系到變壓器設(shè)備的安全運(yùn)行與絕緣。所以為了使電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行，使我們有擁有一個(gè)堅(jiān)強(qiáng)可靠的電力系統(tǒng)，我們還要繼續(xù)我們的探索與追求。

【參考文獻(xiàn)】

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