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110 kV变压器中性点保护方式探讨

时间:2017-7-14 9:49:00   来源:本网   添加人:admin

  平高集团发展部杜新年等级的变压器都采用分级绝缘的方式,其中性点的绝缘水平比线端低的多,而其中性点不可避免的遭受过电压的威胁,因此变压器中性点的保护方案既重要又必须。

  1变压器中性点为什么采取保护措施首先了解变压器的绝缘原则变压器的绝缘按照绝缘类型分类可分为半绝缘和全绝缘。半绝缘就是变压器靠近中性点部分绕组的主绝缘其绝缘水平比端部绕组的绝缘水平低,而与此相反,变压器首端与尾端绕组绝缘水平一样称为全绝缘。35kV及以下电压等级变压器是中性点不接地运行,绝缘等级要求高,所以35kV变压器都是全绝缘,而110kV及以上电压等级的变压器是中性点接地运行,另外考虑绝缘投资的问题,都采用半绝缘或者称为分级绝缘。110kV、220kV是供电网络的主要电压等级,由于电压很高,中性点一般采用直接接地方式,但由于继电保护整定配置及防止通讯干扰等方面的要求,为了限制单相短路电流,其中有部分变压器采用中性点不接地方式。在这种运行方式下,由于雷击、单相接地短路故障等会造成中性点过电压,对中性点的绝缘造成很大威胁,因此对于采用分级绝缘的变压器必须采取措施对其中性点绝缘进行保护,以防过电压造成变压器的损坏甚至事故发生。

  2变压器中性点保护设置随着110kV新建变电站的投产和老变电站的增容或改造,不仅为数众多的110kV变压器将挂网运行,而且一个站多台变压器并列运行的情况也将大量出现。在我国,由于110kV电网属于大电流接地系统,因此变压器中性点接地方式及其保护配置,不仅对电网和设备的安全运行至关重要,而且还直接影响供电的连续性和可靠性。因此对大电流接地系统中变压器中性点保护方式的优化选择显得尤为重要。

  2.1大电流接地系统中变压器中性点保护设置原则在大电流接地系统中,变压器通常都需要装设零序电流保护,以保护变压器高压绕组引出线和母线的接地短路,并作为相邻线路及变压器本身主保护的后备保护。在电网实际运行中,为了保证系统运行方式发生变化时,零序网络保持基本不变,达到使接地保护范围基本不变的目的,以及为了降低整个电力系统的接地短路电流水平,通常采取将部分变压器中性点接地,另一部分变压器中性点不接地的运行方式。因此,如果仅仅设置零序电流保护,且其动作仅仅切除本变压器的话,当发生故障时,如果故障元件的保护拒绝动作,装有零序电流保护的中性点接地变压器将被切除,剩下中性点不接地的变压器挂网运行。若接地变压器切除后故障仍然存在,则不接地变压器中性点电位可能大幅度上升,故障点的间歇性电弧将产生危及电气设备绝缘的动态过电压。

  因此,为确保电网和设备的安全,设计中还应对中性点不接地变压器加装零序过电压保护或采取零序电流动作联跳保护中性点不接地变压器的措施。

  3电力系统中l10kV变压器中性点保护设计方案从笔者了解的资料看,目前110kV大电流接地系统中变压器中性点的保护设计主要有五种设计方案。

  方案一:每台变压器在一次侧只设置中性点隔离开关,利用中性点隔离开关回路中的电流互感器构成单一零序电流保护,一次设备见。

  方案二:每台变压器除一次侧配置中性点隔离开关外,还装设了放电间隙装置,利用中性点隔离开关回路和放电间隙回路共用的电流互感器构成单一零序电流保护,一次设备见。

  方案三:变压器中性点一次设计与方案二相同,但在二次上除利用中性点电流互感器构成零序电流保护外,还引入零序电压构成间隙保护,使每台变压器都具有零序电流保护和间隙保护。从二次设计上看,该方案又分为在」。次回路中引入中性点隔离开关辅助触点和不引人中性点隔离关辅助触点两种方式,一次设备见。

  方案四:与方案三类似,除每台变压器在一次侧配置中性点隔离开关外,也装设了放电间隙装置。但不同的是其中性点隔离开关回路和放电间隙回路分别使用独立的电流互感器,构成相互独立的零序电流保护和间隙保护,一次设备见。

  方案五除了保证在发生接地故障时的过电压不能危及变压器中性点的绝缘外,也要考虑雷电过电压对变压器中性点绝缘的威胁,因此在变压器中性点保护设计时还应考虑雷电过电压的保护。方案一至方案四都可以在中性点隔离开关一旁并联接入避雷器,实现防止雷电过压对变压器中性点绝缘的危害,在此笔者仅以方案四为基础来说明并联避雷器的设计方案,一次设备见。

  4几种典型设计动作分析当电网发生接地故障时,对于仅有一台变压器且中性点直接接地的变电站,上述方案动作一致,均由零序电流保护动作切除变压器。但是,当变电站存在接地变压器与不接地变压器并列运行的情况时,其动作情况则有较大的差别。

  方案一和方案二:当电网发生接地故障时,中性点接地变压器零序电流保护启动后,以较短的延时切除不接地变压器;若故障仍未消除,再切除接地变压器。该设计虽然在任何情况下均不会出现中性点不接地变压器单独运行的情况,但苦故障发生在接地变压器,则将切除全部变压器;若运行人员误拉中性点隔离开关后电网出现故障,则无论故障多么严重,变压器中性点保护均将拒动。

  方案三:该方案既可联跳,又可使零序电流保护和间隙保护相对独立动作,选择灵活。该方式联跳动作情况与方案一相同。对于非联跳设计,当电网发生接地故障时,中性点接地变压器零序电流保护启动切除本变压器若故障仍未消除,则由间隙保护动作切除不接地变压器。

  在二次回路中不引入中性点隔离开关辅助触点和引入中性点隔离开关辅助触点的区别,主要在于中性点保护方式的切换前者零序电流保护和间隙保护由运行人员根据变压器中性点接地方式的变更,投退保护出口压板;后者则零序电流保护和间隙保护将由中性点隔离开关辅助触点实现自动切换,后者在实际工程中使用较多。

  方案四由于中性点隔离开关回路和放电间隙回路分别使用独立的电流互感器,其投退情况完全由中性点隔离开关的操作来决定,因此既不必在设计中采取联切措施,也不必在二次回路中引入中性点隔离开关辅助触点或采取人工手动投退压板切换保护。当电网发生接地故障时,中性点接地变压器零序电流保护启动切除接地变压器;若故障仍未消除,则由间隙保护动作切除不接地变压器。该方案在实际工程有不俗表现。

  方案五:该方案的动作分析与方案四一致,但是由于避雷器的并联接入,有效防止雷电过电压对变压器中性点绝缘的危害,但此时放电间隙和避雷器的动作顺序存在配合问题。根据DL/T620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合规定“当系统单相接地系数大于5时间隙才动作,间隙在雷电接地瞬态过电压下不应动作避雷器在工频和操作过电压下不应动作,在雷电接地的瞬态过电压下才动作。”选用该方案时需要注意放电间隙的工频放电电压和避雷器雷电冲击残压两个参数的配合。该方案使一次保护设备成为一套完整的保护装置,目前市场上已经有成熟的产品。

  5结论方案一采用中性点零序电流保护联切不接地变压器方式,在某些故障情况下将切除变电站所有变压器。这必将严重影响供电的连续性和可靠性,不利于提高供电质量和可靠性,不应采用。

  方案二根据变压器中性点接地方式的变更而由运行人员频繁地投退保护出口压板,不能满足设计简单、操作方便、适应性强的设计原则,不宜选用。

  方案三在二次回路中引入中性点接地刀闸辅助触点方式,由于实际运行中曾多次出现因辅助触点切换不到位而造成保护拒动和误动的情况,因此该方式实际工程中存在一定的弊端,需谨慎采用。

  方案四中性点隔离开关回路和放电间隙回路分别使用独立的电流互感器,改变了变压器中性点保护互相制约、互相影响的状况,使其能自动适应变压器中性点方式的切换。

  同时,由于正常运行时间隙回路无电流,所以间隙过电流的动作电流值不需要与其他保护相配合,提高了灵敏度,缩短了动作延时。因此,该设计方案在实际工程中广泛采用。

  方案五该方案除具有方案四的优点外还兼顾防雷方面要求,该方案中全面考虑了变压器中性点可能遭受的过电压威胁,保护更加全面,整个保护保护方案可以有一套完整的保护装置来实现,节约占地面积,提高保护精度。因此该方案是目前变压器中性点接地保护的优选方案。

  总之,变压器中性点保护方案的选择直接决定着变压器中性点保护效果的优劣,在工程中根据变压器的实际工况择优选用。