110kV分級絕緣變壓器中性點保護間隙的配置

摘　要：對110 kV分級絕緣變壓器中性點保護間隙配置進行了分析，認為低壓側無地方電源介入的110 kV變電所內的主變壓器中性點不應加裝棒間隙。針對已運行的不同型式的中性點避雷器，依據零序電抗與正序電抗的實際比值，進行了配合校驗。
　　關鍵詞：110 kV分級絕緣變壓器中性點保護間隙避雷器

　　變壓器中性點接地的配置原則是：在有效接地系統發生單相接地故障時，系統的中性點不允許失地，且必須保證其有效（X0／X1＜3，X0為零序電抗，X1為正序電抗）。對不接地的分級絕緣變壓器中性點，因絕緣水平的要求，通常接有相應的避雷器及保護間隙，所以，中性點保護間隙的配置應從繼電保護和過電壓保護兩方面考慮。
　　近年來，珠海電力工業局不少變電所在110 kV分級絕緣變壓器中性點上增加了棒間隙，在多雷區間隙容易發生誤動，本文將對此進行分析。

1 并聯間隙的誤動分析
　　裝并聯間隙的初衷是防止避雷器在內部過電壓下動作時因承受不住過電壓而爆炸,損壞主變壓器及附近設備，因而要求間隙的配合特性是：在雷電過電壓作用時，避雷器動作，間隙不動作；在內部過電壓作用時，避雷器不動作，間隙動作。兩者的分工是清晰的。間隙要滿足動作值和不動作值兩個條件，這對220 kV變壓器中性點來說易辦到，而對110 kV變壓器中性點則較難。以往只按電力試驗單位提供的間隙尺寸裝配，并不要求再做試驗。而試驗室提供的數據是分別在施加工頻電壓和雷電波的情況下測試到的，與實際運行工況相差很大。在多雷區，變電所近區線路單相接地時，大氣與內部過電壓往往同時出現，疊加后傳遞到并有間隙的中性點，此時的過電壓既不是純工頻的過電壓,也不是標準雷電波，在試驗室得出的兩項獨立的數據很難代表所遇到的真實情況。另外,空氣間隙受氣象條件、電極形狀及本身放電電壓的離散性的影響，可靠性較差，至少廣東省的運行經驗證實了這一點。這里還應強調的是，過去在部分不需要加裝棒間隙的變壓器的中性點上也增加了間隙，錯誤地認為加上間隙總會有好處，再加上繼電保護配置不停電。據統計，在1994～1997年雷電期間，珠海地區110 kV線路單相接地時，間隙共動作11次，誤動率100%，沒有裝間隙的卻是平平安安。
2 中性點間隙與繼電保護
　　110 kV及以上電網是有效接地系統，今日的電網結構通常由220 kV變電所以輻射狀向110 kV變電所供電。110 kV接地系統的中性點設置在220 kV變電所的220 kV／110 kV降壓變壓器上，是零序電抗的主通道，是系統有效性（X0）的主導成分，是不允許失地的。不管站內有幾臺主變壓器，至少應有1臺變壓器的110 kV中性點必須接地運行，并且X0／X1＜3。DL／T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》第4．1．1條指出：“應避免110 kV及220 kV有效接地系統中偶然形成局部不接地系統，并產生較高的工頻過電壓。”這里的“應避免”是第一道防線。由于電網結構的改善、設備可靠性和技術水平的提高，多年來已沒有看到過系統失地事故的報導，珠海地區電網形成至今,整體和局部從未發生過失地現象。但這并不能保證110 kV系統會永遠不失地，當下述情況出現時，仍需有中性點保護間隙：
　　a）有兩臺及以上主變壓器的220 kV降壓變電所（一般為并列運行），按最不利的情況考慮，當110 kV中性點接地運行的主變壓器發生內部故障跳閘后，剩下一臺中性點不接地的變壓器繼續運行，會形成失地系統，此時應立即合上另一臺沒有接地運行的110 kV中性點接地刀閘，使系統恢復接地，這就是現場運行規程和調度規程中防止失地的具體措施。而在110 kV中性點接地刀閘合上之前（一般認為是幾分鐘）又相繼發生單相接地時（機會極少），靠另一臺變壓器供電的不接地的主變壓器110 kV中性點保護間隙擊穿，仍等效于接地系統。故障線路的主保護仍然會瞬時動作跳閘，電源端的零序電壓和間隙保護的零序電流仍有后備作用。文獻［1］2．3．9．2條規定：“中性點裝設放電間隙時，應按2．3．8條的規定裝設零序電流保護，并增設反應零序電壓和間隙放電電流的零序電流電壓保護。當電力網單相接地且失去接地中性點時，零序電流電壓保護約經過0．3～0．5 s時限動作于斷開變壓器各側斷路器。”保證了原配置的繼電保護按有效接地系統的正常程序動作。
　　b）通過110 kV變壓器低壓側與主網相連的地方電源，因某種原因110 kV側與主網解列后會形成局部的失地系統，此時的變壓器已成為電源端的升壓變壓器，必須合上中性點接地刀閘，程序同上。其間110 kV中性點再發生單相接地時，就要靠變壓器中性點保護間隙擊穿，才能使獨立的110kV系統中性點不失地。當主保護或開關拒動時，主變壓器近后備作出反應。文獻［2］4．2．14．2條規定：“對中性點直接接地系統的主網終端變電所，如果變壓器的中性點不直接接地，且負荷側接有地區電源，則變壓器還應裝設零序電壓和間隙零序電流解列裝置，三倍零序電壓定值一般整定為10～15 V（額定電壓為300 V），間隙零序電流一次定值為40～100 A，保護動作后帶0．3～0．5 s延時，跳地區電源聯絡線路的斷路器。”靠保護間隙最大限度地維持有效接地系統運行。
3 中性點間隙與過電壓保護
3.1 單相接地時的工頻電壓
　　單相接地發生在終端變電所110 kV母線上時，110 kV變壓器感受到的零序電壓最高 ，等值零序電抗也最大。有效接地系統以X0／X1小于3為界，并不是說一定等于3，不同地區電網及每個變電所有著不同的X0／X1值，且差異很大，變壓器中性點處的過電壓水平自然也不一樣。表1提供了珠海電力工業局2000年部分110 kV變壓器中性點的過電壓值。通用文章及教科書均按1．15 UN（UN為系統的額定電壓，本計算取UN＝126 kV）和X0/X1＝3取極值，使估算裕度過高，有時會將過電壓值推向避雷器所能承受的電壓的邊緣，嚴格的電壓管理和先進的電壓調整手段都不會使電壓達到126 kV。表1按實際電抗值編制,可以看出珠海地區110 kV變壓器中性點的X0／X1值在0．613 5～2．068 2之間，穩態和暫態過電壓在17．07～37．00 kV及25．61～56．79 kV之間，遠低于變壓器中性點絕緣的工頻耐受電壓。
3.2 斷路器非同期動作引起的過電壓
　　1999年，原廣東省電力工業局下發的有關文件指出：“110 kV斷路器為三聯動機構 ，因操動機構故障出現非全相或嚴重不同期的概率很小，且省內尚未發生過有此危及中性點絕緣的情況”。所以對斷路器非同期動作引起的過電壓不作討論。
　　　　　　　　

　　　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　　　　　
　　　　　　
　　注：深坑變電站1號變壓器在冬季榨糖乾霧電廠投運時保護間隙投入，非榨糖季節保護間隙拆除。

4 結論
　　1998年，珠海電力工業局拆除了終端變電所低壓側無電源的變壓器中性點的保護間隙，保留及補裝低壓側有電源的變壓器中性點保護間隙，間隙距離為130～140 mm。經過1999～2001年運行驗證，珠海地區110 kV電網頻發的保護間隙誤動得到了徹底根治。由于很難遇到系統失地時緊接著再發生單相接地故障，因此還沒有正確動作的記錄。

參考文獻

［1］DL 400—1991，繼電保護和安全自動裝置技術規程［S］．
［2］DL／T584—1995，3～10 kV電網繼電保護裝置運行整定規程［S］．