中性点保护

2024-08-06

中性点保护（共8篇）

中性点保护篇1

摘要：简要介绍了变压器中性点间隙保护作用、原理、接线及动作逻辑, 阐述了有效接地系统发生单相接地故障及孤立不接地系统带单相接地故障运行时, 变压中性点电压偏移及间隙保护动作情况。

前言

在电力系统中, 不可避免地会出现中性点接地变压器跳闸, 形成局部系统中性点不接地运行的方式。如果在这中性点不接地系统中发生单相金属性接地故障时, 接地相对地相电压为零, 其他两相对地电压升高为线电压, 这时变压器中性点的对地电压产生位移, 升高为相电压。在110kV及以上系统中的电力设备对地绝缘以及分级绝缘的变压器中性点绝缘是按相电压的标准设计的, 不允许变压器中性点不接地系统带单相接地故障长时间运行, 以避免出现单相接地故障时非故障相及变压器中性点对地电压升高, 危及设备的绝缘。

因此, 110kV及以上系统中性点不接地变压器投入间隙保护, 其主要作用是为了防止过电压。因为在这种电压等级的设备由于绝缘投资的问题都采用分级绝缘, 在靠近中性点的地方绝缘等级比较低, 如果发生过电压的话会造成设备损坏。但是又由于电网保护配置要求, 一个系统不能有太多的中性点接地, 所以有的变压器的中性点接地刀闸在分位。这时候如果由于变压器本身发生过电压的话就会由间隙保护实现对变压器的保护, 原理就是电压击穿间隙, 把电压引向大地, 起到保护变压器绕组绝缘的作用, 当系统出现过电压 (大气过电压、操作过电压、谐振过电压、雷击过电压等) 时, 间隙被击穿时由零序保护动作、间隙未被击穿时有过电压保护动作切除变压器。

其中:I0op与变压器的零序阻抗、间隙放电时的电弧电阻等因素有关, 一般保护的一次动作电流可取为100A左右。

U0op要大于在部分中性点接地的系统中发生单相接地时或中性点不接地变压器两相运行时, 可能出现的最大零序电压;要小于中性点直接接地系统中失去接地点时发生单相接地, 开口三角绕组可能出现的最低电压。一般取180V (高压系统电压互感器开口绕组每相额定电压为100V) 。

S-变压器中性点接地刀闸的辅助触点, 当变压器中性点接地运行时, S闭合, 当变压器中性点接地不运行时, S打开。

1 结合我地区姚官屯站正常方式, 做一下间隙保护的动作分析。

为了保证零序保护的灵敏度, #1变压器的211-9、111-9中性点接地刀闸在合位, #1变压器高、中压侧中性点投入零序保护;#2变压器的212-9、112-9中性点接地刀闸在断位, #2变压器高、中压侧中性点投入间隙保护。作为接地故障的后备保护。姚官屯站110kV经101开关并列运行。

注意:只有在中性点直接接地或中性点经间隙接地系统中在间隙被过电压击穿时, 零序电流才会有流通回路;而在中性点不接地或中性点经间隙接地而间隙未被击穿时, 零序电流没有流通回路。

以上这是分析这一题目的基础。

下面假设两种情况, 分析间隙保护的动作逻辑。

1) 当姚官屯站110kVII母线上132线路发生单相金属性接地故障、而本线路零序保护或本线路开关拒动时:零序电流从故障点经大地至姚官屯站#1变压器110kV中性点至#1变压器110kV侧线圈至110kVI母线至101开关至110kVII母线返回132线路的接地点。

这时姚官屯站的#1变压器中压侧零序保护动作:第一时限跳101开关, 将110kVI、II母线隔离, 由于故障线路132在II母线上, 所以#1变压器的中压侧零序保护动作返回。这样, 姚官屯站的#2变压器带姚官屯站的110kVII母线及II母线出线, 形成了中性点不接地系统。由于接地的故障线路132的存在, 姚官屯#2变压器110kV侧间隙保护动作, 跳三侧开关, 将#2变压器及110kVII母线切除, 从而切除故障点。

2) 当姚官屯站110kVI母线上131线路发生单相接地故障、而本线路零序保护或本线路开关拒动时:零序电流从故障点经大地至姚官屯站#1变压器110kV中性点至#1变压器110kV侧线圈至110kVI母线返回131线路的接地点。

这时姚官屯站的#1变压器中压侧零序保护动作:第一时限跳101开关, 将110kVI、II母线隔离, 由于故障线路131在I母线上, 所以#1变压器的中压侧零序保护以第二时限跳#1变压器中压侧开关, 故障点被切除。

2 变压器间隙保护动作情况及定值

1) 间隙零压保护与间隙零流保护, 均能独立地去跳变压器三侧开关。

2) 间隙零压保护与间隙零流保护互为备用。

3) 当中性点电压超过间隙击穿电压时, 间隙击穿, 中性点有零序电流通过, 保护启动, 经0.5s延时切变压器三侧开关。

4) 变压器110kV侧中性点保护间隙击穿电压的确定是以中性点对地电压不超过相电压为控制条件, 一般取相电压, 为了起到本侧线路单相接地故障的后备保护, 电压定值应按躲过接地故障母线上出现的最高零序电压。当中性点过电压值不足以使放电间隙击穿时, 则可由间隙零序电压 (此值达到定值) 保护延时0.5s切除变压器。

3 在中性点经间隙接地系统中当发生单相接地故障、保护间隙尚未击穿时, 由于变压器110kV中性点不接地, 没有零序电流, 故没有零序压降, 所以接地故障点至变压器中性点零序电压近似相等。

在中性点直接地系统中当发生单相接地故障时, 接地点零序电压最高, 至变压器中性点逐渐降低, 中性点处零序电压为零。这是中性点经间隙接地与中性点直接接地系统发生单相接地时零序电压分布情况的区别。这也可以说明:在中性点经间隙接地系统中发生单相接地故障时, 间隙零压保护的动作与否, 与故障点距离变压器中性点的远近基本无关;PT开口三角呈现的零序电压的大小才是决定零压保护动作与否的直接因素, 而单相接地故障的性质 (金属性单相接地、经阻抗单相接地) 决定PT开口三角呈现的零序电压的大小。

1) 间隙零压定值:

A.间隙零压3U0定值的整定以中性点对地电压不超过相电压为控制条件, 保证变压器中性点绝缘不受损坏, 一般按3U0等于1.8倍的相电压整定, 取自110kV母线PT开口三角3U0,

B.当PT变比为Uφ/100/√3/100时, 三次电压定值为180V, 0.5秒跳闸, 这对于中性点绝缘是允许的。

C.由于B、C两相存在磁饱和情况, 故3U0三次值达不到300V, 在220至230V之间, 当3U0整定为180V时, 尚可有1.2倍以上的灵敏度 (见LFP-900变压器保护说明书) 。以保证中性点过电压在危及其绝缘之前动作。

D.当发生经高阻抗单相接地故障时, 间隙零压可能达不到定值, 故间隙零压保护不动作, 这时中性点过压不足以危及其绝缘。 (事故拉路、停电检查处理) 。

2) 间隙零流定值:间隙零流保护的定值一般整定为5A, 时间一般为0.5秒。与变压器零序电流保护相比, 变压器零序电流保护定值大、时间长, 间隙零流保护定值小、时间短。因为放电间隙只有在变压器中性点对地电压接近相电压、危及其绝缘时才放电, 放电时电弧呈现的阻抗较大, 所以间隙零流允许定值很小;在正常情况下间隙回路无电流、且放电时间不能过长, 时间过长易烧毁间隙, 所以间隙保护时间定值短。

4 变压器中性点间隙保护的运行分析

1) 中性点不接地或经间隙接地的变压器在进行停送电操作前, 必须要合上其中性点接地刀闸。原因是:当开关三相不同期投入退出变压器时, 变压器的中性点将产生过电压, 威胁变压器中性点的绝缘。有时在操作过程中产生非全相跳、合闸, 这都会在变压器的中性点产生过电压。因此为了防止变压器操作时产生过电压而威胁变压器中性点的绝缘, 故必须在操作前将变压器的中性点接地, 使变压器中性点对地电压始终为零。

2) 变压器中性点接地刀闸不能带间隙保护运行。

因为间隙零序电流保护的定值很小 (0.5A、0.5S) , 如果变压器中性点接地刀闸在合位时, 而间隙保护投入运行。

A如果恰在此时系统有存在零序量的冲击扰动、因断线或开关的单跳、单重而出现的非全相运行, 则产生的零序电流会流过变压器中性点, 经过间隙保护CT, 有可能使间隙零流保护动作。

B在进行变压器的停送电操作时, 会因为开关的三相不同期而产生的零序电流流过变压器中性点, 经过间隙保护CT, 可能使间隙零流保护动作跳变压器三侧开关, 使值班员误判断, 延误变压器的停送电。

3) 变压器中性点间隙保护不能与变压器中性点零序保护同时运行

变压器中性点间隙保护如果与零序保护同时投入 (中性点刀闸在合位) 运行, 当发生单相接地故障时, 也是由于间隙零流保护定值很小, 间隙零流保护会优先于线路零序电流保护 (单相接地故障点在线路零序保护的III、IV段范围内, 线路零序保护的III、IV段时间定值大于间隙零流保护的时间定值) 及变压器零序保护动作, 无选择地跳变压器三侧开关, 扩大停电范围。

中性点保护篇2

[摘要]在我国11 OkV的电力系统中，变压器的中性点是采用非直接接地的运行方式。变压器中性点保护采用的主要方式是将避雷器和保护间隙并联起来，间隙保护主要作用于工频过电压和操作过电压，而避雷器则主要动作于雷电过电压。工频过电压相对于雷电过电压的作用时间长而幅值较小，应用这一特点，提出了保护间隙和避雷器的伏秒特性的配合问题。

[关键词]避雷器保护间隙伏秒特性

1概述

35～60kV变压器的中性点不接地或经消弧线圈接地，在结构上是全绝缘的。变压器绕组的端部有避雷器加以保护，当三相来波的时候，中性点的电位由于全反射可能会升高到来波电压的两倍左右，这是十分危险的，但是根据实际运行经验，中性点可以不接保护装置而仍然能够安全运行，原因在于：

(1)流过端部的雷电流一般只在2kA以下，故其残压要比预定的5kA时的残压减小20％左右；

(2)大多数的来波是从较远处袭来，陡度较小；

(3)据统计，三相来波的概率很小，只有10％左右，平均15年才有一次。

因此《交流电气设备过电压保护和绝缘配合》(DL／T620—1997)规定，不接地、经消弧线圈接地和公共电阻系统中的变压器中性点，一般不配保护装置。

110～220kV系统属于有效接地系统，其中一部分中性点直接接地，同时为了限制单相接地电流和满足继电保护的需要，一部分变压器的中性点是不直接接地的。这种系统中的变压器分两种情况，其一是中性点全绝缘，此时中性点一般不会加保护措施；其二是中性点半绝缘(新制变压器均是如此)，具体地说，110kV的变压器中性点是35kV的绝缘水平，220kV的变压器中性点则是110kV级的绝缘水平。规程规定有效接地系统中的变压器中性点保护一般应采用间隙保护和避雷器保护相并联的保护方式。其接线方式如图l所示。

2中性点保护间隙与过电压保护

2.1单相接地过电压

有效接地系统的单相接地时，计算不接地变压器中性点电位时一般是以Xo／X1小于3为界，但是实际上不同地区的电网及变电所的Xo／X1的值相差很大。变压器的中性点处的过电压水平也自然不一样，所以在一般的文章中推荐按照1，15倍的过电压值和Xo／X1=3时取其中的最大值作为最高运行电压Umax，例如在1 10kV系统中最高运行线电压为126kV，中性点的过电压计算公式为：

Uo=Umax×K／(K+2)式中：K——Xo／X1的值；

Xo——零序阻抗；

X1——正序阻抗。

当K=3时Uo=0.6Umax，即单相接地故障时110kV主变压器中性点出现的最高电压稳态值为43.6。

如果系统单相接地时接地变压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器拒动，则系统形成局部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值近似为相电压值，如在110kV变压器中表现的中性点电位的稳态值为73(此时继电保护应动作)。

2.2雷电过电压

在雷雨季节，直接击中变电站或沿线路传到发电厂、变电站的高幅值雷电波造成变压器中性点电位升高，出现较高的雷击过电压，危及电气设备的安全。变压器中性点上出现的最大雷击过电压主要取决于变压器入口处的避雷器残压和变压器的特性。一般雷击过电压计算如下：

Um=n／3(1+r)Us

式中：n——侵入雷电波相数；

r——变压器振荡衰减系数，纠结式绕组取0.5，连续式绕组取O.8；

U5——变压器入口处避雷器上的残压。

以上简单叙述了几种过电压的形式，对变压器绝缘和保护装置的作用，取决于过电压的波形、幅值和持续时间。标准雷电波形并不一定是由雷电引出，例如，当单相接地时，可在非接地相上产生接近于雷电过电压的短波前。

2.3放电间隙的保护作用

采用放电间隙保护的原理是在间隙回路中串入零序电流互感器，利用间隙的放电特性，使其在雷电过电压时放电以保护中性点绝缘。在系统发生故障后，变压器中性点工频电位升高至一定值，零序电流保护动作，切除该不接地变压器，以避免出现中性点接地带故障运行。中性点零序电流保护先以较短的时限切除低压侧的电厂联络线，再以略长的时限跳开变压器各侧的开关。

2.4避雷器的保护作用

无论作为无间隙的氧化锌避雷器还是有间隙的普通阀式避雷器，选择使用的一个共同原则是，使避雷器额定电压不低于避雷器安装点的暂时过电压。JB／T5894-91《交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则》指出，中性点有效接地系统中分级绝缘的变压器，当其中性点未接地时，中性点避雷器的额定电压应不低于变压器的最高相电压(并具体提出中性点的标准冲击绝缘水平为1 85kV时，氧化锌避雷器的额定电压为60kV)。

3保护间隙与避雷器伏秒特性的配合

3.1保护装置伏秒特性配合的基本要求

(1)为了使电气设备得到可靠保护，保护装置应该满足以下基本要求：

保护装置的冲击放电电压Ub(i)应该低于被保护设备的冲击耐压值。以变压器为例，其冲击耐压值通常取其多次截波耐压值Uid，所以Ub(i)应满足下式要求：

Ub(i)

(2)放电间隙应该有平坦的伏秒特性曲线和尽可能高的灭弧能力。图2中曲线1为绝缘的伏秒特性，避雷器和保护间隙要能起到保护作用，其放电间隙的伏秒特性曲线2应始终低于曲线1，并留一定的间隔。显然，放电间隙的伏秒特性越平坦越好，如果伏秒特性很陡，如图3所示，则可能与绝缘的伏秒特性相交，以致在较短放电的时间范围内不能保护设备。同时由于放电的分散性，间隙和被保护设备的伏秒特性实际上处在一个带状的范围内，因此，要求保护设备伏秒特性的上包络线低于被保护设备伏秒特性的下包络线，如图4所示。

3.2保护间隙的放电特性及伏秒特性

均匀电场间隙在稳态电压下的击穿特性：严格说来，均匀场只有一种，即无限大平行板电极间的电场，这在工程中是无法实现的。工程上所使用的平行板电极一般都是采用了消除电极边缘效应的措施(比如将板电极的边缘弯曲成曲率半径比较大的圆弧形，像高压静电电压表的两个电极就是如此处理的)，这时两平行板电极间的距离相对于电极尺寸比较h，就可以将这两个电极间的电场视为均匀场。由于均匀场的两个平行板的形状完全相同，而且平行布置，因而气隙的放电不存在极性效应，而且也不存在电晕现象。一旦气隙放电就会引起整个气隙的击穿，所以其直流、工频交流和冲击放电电压作用下的击穿电压相同，放电的分散性也小，击穿电压与电压作用时间无关。稍不均匀场气隙的击穿特性与均匀场下的击穿特性基本相同。其伏秒特性见图5。

在极不均匀电场中，“棒一棒”间隙和“棒一

板”间隙具有典型意义。前者具有完全对称性，后者具有最大的不完全对称性，其他类型的极不均匀电场的气隙击穿特性介于两种典型气隙的击穿特性之间。由实验得出的结论是，不均匀场的放电具有明显的极性效应，而且随着气隙长度的增加，气隙的平均击穿场强明显降低，即存在“饱和”现象。其伏秒特性如图5所示。

由图5中可以看出在岛前的一段时间内均匀电场的击穿特性(也就是在冲击电压下的击穿特性)较陡峭，也就是说在t

其中t1为电压上升时间，to为统计时延，ta为放电发展时间，tb是以上三个参数的和，它是放电所需时间。tb在数值上小于to，所以说间隙在短时间内的放电特性是与放电发展时间有关的，要在这极短的时间内放电，间它的伏秒特性曲线如图7所示。

3.4保护间隙与避雷器的伏秒特性配合

(1)对放电间隙的要求：一是对工频来说，从系统运行的要求，当Xo／X1值小于3时，单相接地时放电间隙不应动作，放电电压应大于43.6kV(有效值，峰值电压为61.7kV)；当系统形成局部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值近似为相电压值，如在110kV变压器中表现的中性点电位的稳态值为73kV，单相接地间隙应动作，启动继电保护切除故障，即放电间隙放电电压应小于73kV(有效值，峰值电压为103.2kV)；二是间隙在雷电过电压和系统单相接地瞬态过电压下均不应动作。隙的击穿电压是非常大的。

3.3避雷器的放电特性

在目前变压器中性点保护中，选用的主流避雷器的是金属氧化物避雷器MOA。MOA阀片具有优异的非线性伏安特性；它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展；没有间隙的放电时延，因而有良好的冲击响应特性。无续流、动作负载轻、能重复动作实施保护；只吸收过电压的能量，而不吸收续流能量，因而动作负载轻。目前110kV使用的避雷器参数(以抚顺海岳电气制造有限公司生产的避雷器为例)见表1。

(2)对避雷器的要求：一是避雷器在工频过电压和操作过电压下不应动作，但在雷电和系统单相接地瞬态过电压下应动作；二是避雷器的放电电压和残压应该小于153kV(变压器绝缘耐操作波强度75.5×√2×1.4=153kV)；三是避雷器工频放电电压和灭弧电压应大于73kV(间隙控制电压有效值，峰值为103.2kV)。

(3)放电间隙和避雷器的配合要求(当工频过电压和高频过电压相继出现时，避雷器先动作，然后间隙动作，以保证避雷器的正常工作，这样就没有避雷器爆炸的可能性了)：

一是避雷器的灭弧电压应高于间隙最高工频放电电压，这样避雷器在间隙的保护下不致灭不了弧而爆炸；二是避雷器的冲击放电电压低，保证在高频瞬态过电压下由避雷器动作，避免正常系统运行中发生单相接地故障时放电间隙动作，造成零序电流分量，使间隙零序电流误动作；三是间隙最高工频放电电压应比最低相电压低，从而保证能切除形成不接地系统单相接地等不对称故障；四是正常运行时电力系统Xo／x1值应小于3，当Xo／x1值大于3时，运行系统发生单相接地时，放电间隙应动作。

(4)具体的配合曲线如图8所示。

对曲线的解释如下：

图8中1为避雷器的伏秒特性；2为保护间隙伏秒特性(为了使保护间隙有更好的伏秒特性和较小的放电分散性，间隙保护采用平行板电极，它的伏秒特性在相当长的一段时间内是一条直线)。

由上面的分析知，避雷器的最低放电电压值应大干103.2kV，保护间隙的最低放电电压应大于61.7kV，最高放电电压应小于103.2kV。

t在小于to的时候是避雷器和间隙配合的关键，我们正是利用了间隙放电的放电时延(一般为几十毫秒)和金属氧化物避雷器无放电时延的特性解决了他们之间的配合问题。

4结束语

(1)气体的放电特性随着电场的均匀程度的改变而改变，均匀电场中气体的击穿电压稳定，总体的伏秒特性较平坦，但是在较短的时间内存在放电时延的问题。

(2)金属氧化物避雷器的MOA阀片具有优异的非线性伏安特性；它没有火花间隙，一旦作用电压开始升高，阀片立即开始吸收过电压的能量，抑制过电压的发展；没有间隙的放电时延，因而有良好的冲击响应特性。

(3)合理地应用保护间隙和避雷器的伏秒特性配合曲线，并在实验条件下加以校验，使他们能够在各自的规定条件下放电进而发挥各自的作用是很有现实意义的。

中性点保护篇3

为了防止中性线断线中性点移位电压漂移三相电压不平衡,在中性线上安装重复接地,一个县级供电企业有几千个低压配电网,需要上万个接地极,费用非常大,而且,重复接地效果并不明显。近些年来电压型总漏电保护器逐步退出低压配电网。推广剩余电流保护器。只在配电中性点与电流型总保CT零序电流互感器与大地连接一点接地,不能重复接地。这对中性点断线来说又增加家用电器过电压烧坏的风险。

2 发明内容

为了解决低压配电变压器中性线断线中性点移位电压漂移三相电压不平衡引起的家用电器烧坏甚至造成火灾危害,本发明提供一种中性线断线保护方法及中性线断线保护器。

为了实现上述发明目的本发明采用如下技术方案:一种中性线断线保护器,包括:电压取样电路、无线电发射器、无线电接收控制器、剩余电流保护器,所述电压取样电路通过无线电发射器与无线电接收控制器无线连接,无线电接收控制器通过剩余电流保护器连接在400V配电线路始端三相的相线A、相线B、相线C线上;所述电压取样电路由三路信号采集电路,三路信号采集电路的输入端分别与三相的相线A、相线B、相线C线连接;三路信号采集电路的输出端并联与无线电发射器输入端相连。

一种中性线断线保护方法,其步骤如下:a.在400V配电线路的末端检测中性线O与三相线的相线A,或相线B、或相线C之间的线电压上安装信号采集器,信号采集器由三路信号采集电路,三路信号采集电路的输入端分别与三相的相线A、相线B、相线C线连接;b.当400伏配电变压器中性线断线后,中性点移位三相电压不平衡,负荷大的一相线电压降低,负荷小的一相线电压升高,过高的一相线电压,通过信号采集器对应的一路信号采集电路,将相线电压升高的信号通过光耦传输至无线电发射器;c.无线电发射器通过编码无线发出相线电压升高的电信号;d.位于400V配电线路源端的无线电接收控制器,将接收的相线电压升高的电信号,通过放大、译码、声光告警显示,并且指令执行剩余电流保护器动作跳闸,使400V配电线路联动保护跳闸,断开电压异常线路的电源,保护家用电器及用电设备。

由于采用上述手段,本发明有以下优越性:一种中性线断线保护方法及中性线断线保护器,具有时间短动作快带有多路断线灯光显示,方便于配变管理人员到现场根据灯光显示判断停电原因,在电压突然升高或降低时不会对家用电器用电设备造成损坏,能有效的杜绝因中性线断线电压升高烧坏家用电器用电设备引起火灾,使电力企业提供合格电压质量的又一措施是优质服务活动的延伸。

本发明能在中性线断线后检测任意相电压,漂移到设定值时在数秒内利用无线电技术进行远方控制剩余电流保护器进行动作跳闸,从而避免中性线断线引发的各类事故,完善中性线断线的保护措施并提高电力系统配电网络的技术水平,杜绝或减少因中性线断线给国家和任命以及电力企业造成的经济损失。提高电压质量、开发电力企业优质服务资源。创新抗灾、减灾手段,使这一长期难以彻底解决的难题得以突破。

3 具体实施方法

一种中性线断线保护器,包括:电压取样电路、无线电发射器、无线电接收控制器、剩余电流保护器,所述电压取样电路通过无线电发射器与无线电接收控制器无线连接,无线电接收控制器通过剩余电流保护器连接在400V配电线路始端三相的相线A、相线B、相线C线上;所述电压取样电路由三路信号采集电路,三路信号采集电路的输入端分别与三相的相线A、相线B、相线C线连接;三路信号采集电路的输出端并联与无线电发射器输入端相连(见图1)。

参考文献

[1]薛福连.一起中性线带电事故分析[J].农村电工,2013(04).

[2]高俊萍.中性线的正确选择和安装维护[J].农村电工,2012(01).

中性点保护篇4

一、接地距离保护和零序电流保护配合分析

在实际运行中, 接地距离保护比零序电流保护要可靠一些, 但是接地距离的改变经常引起灵敏度的下降, 而零序电流保护辅助接地距离保护的时候, 可以有效提高灵敏度, 起到了很好的互补配合作用。为了更好的保护电网的运行, 接地距离保护和零序电流保护必须相辅相成, 密切配合。通过接地距离保护最小保护范围的确定, 对零序电流保护躲开此处进行整定计算, 不仅可以提高电网保护的可靠性, 还可以减少继电保护值, 降低计算整定的工作量。

二、整定计算和事故模拟

如图1所示, 为一电网接线和序网图。B-2为BC母线所在降压变电站的主变中性点, 并且直接接地, B-3亦是主变中性点, 放电间隙接地, B-1、B-5为主备用电池, 6DL开关处为断开状态, B-1/B-4/B-5的变压器中性点都是直接接地, 为了方便计算, 在这里不考虑双回线接线和零序互感。

整定计算基于4DL线路, 在Ⅱ、Ⅳ段用整定零序保护, 而Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ采用接地距离保护, 两种保护模式相互配合。通过零序Ⅲ、Ⅳ段延时, 让不灵敏部位躲过零序电流。

1. 零序电流保护的整定计算

(1) 4DL零序电流保护Ⅲ段配合6DL零序电流保护Ⅱ段, 经过计算可知4DL零序电流保护Ⅲ段保护定值为1520安, 灵敏度校正系数为2.23, 符合相关规定, 而零序Ⅲ段时间为1秒。

(2) 零序Ⅳ段配合6DL零序Ⅲ段。通过计算可知4DL零序电流保护Ⅲ段保护定值为248.4安, 灵敏度校正系数为13.6, 符合相关规定, 而零序Ⅲ段时间为2.1秒。

2. 接地距离保护的整定计算

(1) 4DL开关的接地距离Ⅰ段的整定计算, 依照躲过线路末端接地短路时产生的电流原则, 经过计算可知, 保护定值为8.1欧, 接地距离Ⅰ段时间为0秒。

(2) 4DL接地距离保护Ⅱ段配合6DL接地距离保护Ⅰ段, 不超过6DL接地距离Ⅰ段的保护范围, 通过计算可知定值为15.3欧, 灵敏度校正系数为1.32, 符合相关规定, 接地距离Ⅱ段时间为0.5秒。

(3) 4DL接地距离保护Ⅲ段配合6DL接地距离保护Ⅱ段, 不通过计算可知定值为17.8欧, 灵敏度校正系数为1.54, 符合相关规定, 接地距离Ⅱ段时间为2秒。

3. 事故模拟

图2为事故模拟图。已知4DL的零序电抗为1.66欧/千米, 正序电抗为0.51欧/千米, d1、d2两个接地点和4DL开关的距离分别为4千米和6千米。

(1) B-2直接接地, B-3间隙接地, D母线所在变电眼为辐射状单电源供电模式, 故B-4对4DL和5DL接地时的零序电流无关。设基准电压值为115千伏, 通过计算可知, d1和B-2之间的零序阻抗为6.64欧, 小于前面计算的接地距离保护Ⅰ段定值8.1和Ⅱ段值15.3欧, d2和B-2之间的零序阻抗为9.96欧, 小于前面计算的接地距离Ⅱ段值15.3欧, 大于Ⅰ段定值8.1;d1的零序电流为1797安, d2的零序电流为1568安, 均大于零序电流保护Ⅲ段值1520和Ⅳ段的248.4安。

通过计算可以看到, 在4DL线路中的d1点出现单向金属性接地情况的时候, 零序电流和接地阻抗都会触动保护行为, 零序电流保护和接地保护开启, 当故障解除后已经启动的保护装置返回最初。跳闸行为由阻抗元件启动控制, 改善高阻接地的零序电流一次值为72安, 小于4DL的最小零序电流3380安, d2点在接地距离Ⅰ段的末端, 单相金属性接地时, 接地保护Ⅱ段跳开, 零序电流保护Ⅲ、Ⅳ段和接地保护Ⅲ段返回。所以变压器中性点接地方式的改变不会影响接地距离保护。

三、变压器中性点接地方式对两种保护模式的影响分析

电网事故或者负荷调整的时候, 会改变运行方式, 连着也会改变两种保护模式的接地电流, 为了保证其运行的可靠性和灵敏性, 需要充分考虑变压器中性点接地方式对两种保护模式的影响。接地距离保护中, 经过高阻时可能会出现灵敏度不高的现象, 而零序电流保护很好的解决这个问题。完美的解决这个问题需要高超的科技和高成本的投入, 虽然目前这种影响还或多或少的存在, 但是只要合理规划, 这种零序电流保护辅助接地距离保护的模式仍然可以广泛应用。

通过事故模拟, 零序电流保护和三段式接地距离保护相互配合, 论述了中性点运行方式对变压器线路保护的影响情况, 两种方案合理配置, 相互辅助, 具有很好的实用价值。

参考文献

[1]李慧娜, 罗虎, 黄志博等.变压器中性点接地刀闸投退分析[J].机电信息, 2011 (, 9) :11, 15.

中性点保护篇5

我国矿井低压电网中性点接地方式的选择主要是从供电安全的角度来考虑的,并综合考虑有利于漏电保护的可靠性实现。其中供电安全包括人身安全和设备安全。人身安全主要是人身触电是否有伤亡。其涉及的因素很多,但总体来说,人身触电电流越小、触电时间越短则越安全。目前,我国对人身触电是否有伤亡有两个标准来衡量:一是人身触电电流小于安全电流值30 m A;我国井下低压电网漏电保护的动作电阻值就是依据这一安全电流值确定的。为达到这一人身触电安全电流值,最初井下低压均采用电容电流补偿技术,但由于是固定补偿,因此不可能实现全补偿;同时由于电缆、电气设备介质损耗和补偿电抗器有功损耗电流不能被补偿,使得补偿后的人身触电电流仍远大于30 m A[1,2],因此这一标准实际上无法实现。随着人们认识的深入,意识到人们无法控制人身触电电流小于30 m A,而可以控制人身触电的时间,开始逐步认同由国际电工委员会IEC推荐,德国学者柯宾·奥西朴卡提出的人体触电的极限电流安全参量曲线,即触电电流与触电时间的乘积小于30 m A·s[1,2]。而上述安全条件的实现除靠减小人身触电电流外,主要靠缩短漏电保护的动作时间来保证。

根据煤矿井下低压电网中性点接地方式的特征,现有低压供电系统中总开关的漏电保护大都采用附加直流漏电保护原理。为保证总开关与分支开关之间的选择性,一般只能靠延长时间来实现,而该时间又与漏电保护应快速跳闸相矛盾[3]。分支开关的选择性漏电保护主要采用零序电流保护或零序电流方向保护原理。零序电流保护易受电网条件的限制,仅适用于分支线路比较多、电容比较大的场合。对于中性点经电抗接地电网的灵敏度则更低,甚至无法使用。在井下低压电网的条件下,该方法使用有一定的困难。零序电流方向保护反映的是零序电压和零序电流之间的相位关系,当所有非故障支路的零序电流之和太小时,需在电网上并入一组三相电容器来增大零序电流[3,4]。该方法不能使用在中性点经电抗接地电网,并且这两种方式在现场应用中的准确性和可靠性都有待提高。因此,对矿井低压电网中性点接地方式的选择,以及相应中性点接地方式下的漏电保护进行研究,对保证矿井安全生产和人身安全都具有重大意义。

1 矿井低压电网中性点接地方式的选择

我国矿井低压电网中性点接地方式以中性点不接地、中性点经电抗接地为主,包括少量的中性点经高阻接地、中性点经电抗串电阻接地。井下低压电网等效图如图1所示,当K1打开时为中性点不接地方式;K1、K2闭合、K3、K4打开时为中性点经电抗接地方式;K1、K3闭合、K2、K4打开时为中性点经电抗串高阻接地方式;K1、K4闭合、K2、K3打开时为中性点经高阻接地不接地方式。电网各相对地电容为C、对地绝缘电阻为r,CN为附加直流隔离电容,由于CN值较大,其容抗较小,在分析时可以忽略不计。

假设A相发生人身触电或漏电故障,其电阻值为R,则漏电电流为:

对图1进行分析,可得不同接地方式下的漏电电流分别如式(2)~(5)所示。

中性点不接地:

式中,Uφ为系统相电压。

中性点经高阻接地:

中性点经电抗接地:

中性点经电抗串电阻接地:

据统计,我国井下低压电网的对地分布电容0.1~1.0μF/相[1,4]。因此,可仿真出式(2)~(5)在不同电网参数下的漏电电流值。图2为漏电电流随漏电电阻变化的曲线,其中r=50 kΩ,图中横坐标为漏电电阻,纵坐标为漏电电流。图3为人身触电电流随电网绝缘电阻变化的曲线,图中横坐标为漏电电阻,纵坐标为漏电电流。其中图3(c)和图3(d)为过补偿状态。

对于r不同值的情况,其漏电电流值的变化规律与图2基本相同。通过对上述漏电电流值的分析可见,矿井低压电网中性点不论采用何种接地方式,当发生人身触电时(一般对于井下低压电网人身电阻在500~1 500Ω,习惯上取1 000Ω)人身触电电流均大于30 m A。

中性点经电抗接地可以减少人身触电电流,但是由于采用固定补偿方式,在绝大多数情况下得不到全补偿,补偿效果最多能达到50%~60%[1];即使在最佳补偿状态下人身触电电流仍很难达到安全要求。同时,中性点经电抗接地时可引起串联谐振过电压,其值可能达到电网相电压的4~5倍以上;当开关的三相触头不同期合闸时,将会造成一相接地假象引起漏电保护误动作。在采用补偿以后,必然减小故障支路的电流。当过补偿时,还会造成故障支路零序电流相位的改变,势必会影响到漏电保护的准确性。

对于中性点经电阻接地方式,只要电阻值选取合适,不仅可以减小人身触电电流值,还可以抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压,有利于电网的安全运行。对于中性点经电抗串电阻接地方式,其电抗可以起到一定的补偿作用;串联电阻对于抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压,也是有效的。由于中性点电阻的存在,为漏电保护提供了一定的条件。由此可见,最好采用中性点经电阻或电抗串电阻接地方式并加快漏电保护动作的速度,来保证人身安全。

2 矿井低压电网漏电保护

2.1 附加直流电源相对值法漏电保护

总开关所采用附加直流电源漏电保护为保证与下级线路的选择性,要靠延长时间来实现,两级选择性漏电保护装置之间的动作时限级差约为200~500 ms。为解决上述问题,在本文中采用了上下级通信闭锁的方法。其原理如下:当分支开关检测到本支路有漏电故障时就向总开关发出闭锁信息,一直到故障切除,总开关收到闭锁信息后将保护闭锁。为实现总开关到分支开关之间线路的漏电保护功能和对分支开关的后备保护作用,总开关闭锁功能一般只维持很短时间(即躲下级保护跳闸时间,由于分支开关漏电保护要求50 ms跳闸,考虑到一定的可靠系数一般可设80 ms),此时不论闭锁信号是否解除,总开关的漏电保护都恢复工作。如此设置后总开关的漏电保护延时就为80 ms,与现有漏电保护相比较好地减小了延时时间,提高了人身触电的安全性。根据现有附加直流电源漏电保护原理动作值易受电网电压波动因素的影响,而采用了附加直流电源相对值的方法,即将电网不同电压下的漏电电阻值转换为额定电压下的值来进行判断。

2.2 零序电导法选择性漏电保护

针对现有选择性漏电保护存在的整定困难、准确性较差等问题[5,6,7,8,9,10,11],本文针对中性点经高阻接地或电抗串高阻接地方式分析了基于零序电导的选择性漏电保护在选择性和保护整定等方面的优越性。

由图4可知:非故障线路所测的零序导纳为:

故障线路所测的零序导纳为:

对上述测量导纳取其电导部分则可得:

由式(8)可见非故障线路的零序测量电导等于该线路对地电导。故障线路的零序测量电导等于所有非故障线路的零序测量电导与中性点电导之和,且方向与非故障线路相反。因此,可以通过零序测量电导的大小或方向来判断故障线路。由于煤矿低压电网各线路的漏电保护装置一般都安装在其防爆开关内,群体比幅和比相的方法在应用中存在一定的困难,因此,对各支路零序电导大小和方向的测量要求精度较高。

对于非故障线路其零序电流可能非常小,尤其是在高阻接地故障情况下。这时由于零序电流互感器、测量、计算等误差的影响,可能出现方向误判的现象。为了防止此时零序电导方向法的误动作,在本方法中除判断方向外还需判断其大小。

对式(8)取其幅值可知:

考虑一定的可靠系数,电导可整定为

由式(8)~(10)可知,其整定值只与中性点所加电阻有关,而与电网参数无关,现场应用非常简单方便。

基于上述零序电导的漏电保护在应用中除整定电导大小外,与其他漏电保护一样还需整定保护的启动判据零序电压。在本方法中由于电导的判据与漏电电阻无关,即与零序电压无关,因此零序电压的整定只需考虑保护的灵敏性和不误动即可。

3 实验与结论

设计了以DSP为核心的低压防爆开关微机综合保护装置[6,7,8,9,10,11]对上述结论进行了验证。本实验室煤矿低压模拟电网如图4所示。实验中NR=1 kΩ。总漏电保护的动作值整定值为11 kΩ,闭锁时间80ms,G0K=0.8gN。分支线路的漏电保护实验在第三条线路上进行,可变电阻R用来模拟漏电电阻。

实验时各个断路器处都有一台保护装置,各个保护的零序电压都取自U0,由于保护中有隔离部分因此不互相影响。零序电流由对应线路的零序电流互感器获取。

通过实验可见只要实验时零序电压大于整定值各分支线路的漏电保护都能准确动作,且各线路对地参数的改变对保护动作的准确性无影响。当将中性点电阻改为NR=1.5 kΩ、NR=2 kΩ时与上述实验结果相同。总开关采用的附加直流电源相对值法漏电保护其实验动作电阻与整定值的误差小于5%。当人为将分支故障线路的保护闭锁时总开关均可靠跳闸,时间小于100 ms(故障跳闸时间的测量是通过记忆示波器测量零序电压的保持时间来实现的)。

通过分析和实验可知,井下低压电网中性点经高阻接地和中性点经电抗串高阻接地对减小人身触电电流、抑制串联谐振过电压和电弧接地过电压等方面都有较好的作用,有利于电网的安全运行。同时由于中性点电阻的存在为漏电保护提供了必要的检测信号,对提高漏电保护的准确性和快速性非常有利。具有闭锁功能的附加直流电源相对值法漏电保护提高了总开关漏电保护的动作速度,减小了电网电压波动对动作值的影响。基于零序电导法的选择性漏电保护利用零序电导的大小和方向作为判据,减小了过渡电阻对漏电保护的影响。整定电导值的大小主要与所加高阻有关而与电网参数无关,便于现场的应用和推广。

摘要：在分析矿井低压电网中性点不同接地方式下漏电电流特征的基础上,从人身触电电流、漏电保护等方面详细比较了各种接地方式的优缺点,得出了中性点经高阻接地或中性点经电抗串高阻接地更适合矿井低压电网的结论。针对上述中性点接地方式的特征,论述了零序电导法在矿井低压电网选择性漏电保护中的应用,分析了其在漏电保护动作准确性和整定简单等方面的优越性。利用通信闭锁和相对值的方法提高了附加直流电源漏电保护的快速性和动作值的稳定性。通过实验验证了上述方法的有效性。

关键词：人身触电,漏电保护,矿井低压电网,选择性,中性点接地

参考文献

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中性点保护篇6

110kV系统属于中性点有效接地的大接地电流系统。为防止通信干扰, 满足继电保护配置要求, 并考虑到单相短路时的短路电流以及零序电压水平, 通常只让部分110kV变压器中性点直接接地, 而多数110kV变压器的中性点并不直接接地运行。不接地变压器的中性点在运行过程中可能会受到雷电、操作、工频等各类过电压的影响。另外, 110kV及以上变压器一般使用分级绝缘, 中性点处的绝缘水平往往比较薄弱。因此在实际运行中, 常常需要对不接地变压器的中性点进行过电压保护措施。本文分析了变压器中性点过电压现象及相关保护方式, 讨论了主变中性点过电压保护相关配置原则。

2 中性点的过压情况分析

电力系统的过电压现象一般可分为三种情况: (1) 雷电过电压; (2) 操作过电压; (3) 暂时过电压, 即工频过电压或谐振过电压。

中性点不接地的变压器, 在雷电波从线路到达变压器中不接的地中性点时, 雷电波可能在中性点发生全反射, 并产生幅值很高的雷电过电压, 危及变压器中性点绝缘。标准的雷电波形并不一定都是由雷电发出, 比如, 单相接地时, 可能在非接地相上产生出近似于雷电过电压的短波前。对中性点雷击过电压, 可以采用避雷器保护, 一般按照变压器的标准雷电波耐受水平, 并考虑绝缘老化的累计效应乘以系数0.85, 得到的实际绝缘耐受水平大于避雷器的标称雷电冲击放电电压或残压。

暂时过电压主要由单相接地故障和谐振等造成。在我国的标准中性点接地系统中, 在不失去有效接地的情况下, 一般单相接地故障的非故障相工频过电压不会超出线电压的80%。但在110kV终端站中, 不接地变压器实际上形成了一个局部不接地系统, 若单相间歇性电弧接地故障发生, 按最高电压126kV计算, 主变中性点稳态过电压能达到73kV, 暂态电压则能达到132kV。

操作过电压一般是因为继电保护误动或运行人员误操作, 使系统成为带单相接地的中性点不接地系统, 造成变压器中性点的稳定电压升高至相电压。操作过电压主要发生在空载线路以及变压器的开断、重合等情况, 包括当成功和非成功的重合前线路曾经发生单相接地时110kV线路的重合闸;开断空载变压器使断路器强制熄弧截流产生的过电压;隔离开关, 尤其是操作GIS变电站空载母线时发生的重击穿时产生的过电压。以上情况都可能发生严重的过电压, 尤其是在双侧电源环境的断路器非全相重合中性点不接地变压器中, 严重时中性点稳态电压将达到126kV。

3 过压保护配置方式

3.1 单独采用间隙保护

棒-棒放电间隙属于极不均匀电场, 从图1的下面的特性曲线中可以看出, 放电间隙在雷电过电压、操作过电压及工频过电压情况下都能对变压器进行保护。另外, 采用放电间隙保护的方法具有结构简单可靠、运行维护量小的优点。在110kV有效接地系统中可能形成局部不接地系统, 且有可能产生较高的工频过电压, 这时, 应该在变压器不接地的中性点应装设间隙。

对变压器中性点的过电压情况单独采用棒间隙保护是允许的, 也在一些实际方案中得到了采用。但是这种方法在绝缘配合以及躲避单相接地的暂态过电压问题时矛盾较为突出。而且放电间隙保护存在参数确定较为困难, 放电分散性大, 工频续流较大以及灭弧能力较差等缺点。对于放电电压分散性较大, 放电后无法熄灭中性点持续工频电弧等情况, 通常要在经过放电间隙的接地回路中连上零序电流保护, 依靠断路器跳闸来灭弧, 但这会造成跳闸停电的问题。放电间隙在持续时间很短的雷电过电压作用时, 放电电压要比作用时间较长的工频放电电压要高的多, 因此与变压器存在着伏秒特性配合较难的问题。由于放电间隙放电的弧电阻很小, 其放电后形成截波的波尾极陡, 对变压器的线圈纵绝缘有较大的威胁, 所以在变压器中性点中一般不宜单独使用放电间隙。另外, 不对称接地短路故障情况下, 靠继电保护切除故障时, 存在工频零序电流冲击主变, 其间隙放电的截波对主变的纵绝缘也会产生影响。

3.2 单独采用避雷器保护

安装在主变中性点的避雷器, 主要能保护雷电过电压和操作过电压, 对部分工频过电压能也有一定的限制作用。避雷器具有优异的非线性伏安特性, 陡波响应特性较好, 残压随冲击电流波头的时变特性平稳, 不存在间隙的击穿和灭弧问题, 而且避雷器通流容量大、无续流、动作迅速、对主变冲击小。但避雷器不能防护工频过电压, 在较高的工频过电压下, 常常自身难保;对于持续时间较长, 超过其额定电压的暂时过电压 (如工频过电压和谐振过电压) 也无能为力;另外避雷器保护需进行定期的预防性试验, 造成维护工作量大。

避雷器保护使用的主要有无间隙的氧化锌避雷器和有间隙的普阀避雷器。氧化锌避雷器与普阀避雷器相比有更多多优点, 更适合用于中性点非直接接地的主变中性点。不管使用哪一种避雷器都要求其额定电压不低于避雷器安装点的暂时过电压, 而终端站110kV变压器中性点避雷器的额定电压则一般不应低于72.7kV。如果避雷器的额定电压过低, 在线路单相接地, 主变失去中性点的过电压出现后, 阀式避雷器将无法灭弧而爆炸;氧化锌避雷器也会因为在一次过电压下吸收能量过多而劣化损坏。如果额定电压过高, 相应的冲击放电电压和残压将会增大, 会使保护设备的限压效果变坏。

3.3 采用避雷器并联间隙保护

由前面的分析可知, 单独采用放电间隙或者单独采用避雷器来保护主变中性点绝缘是不可取的, 应该充分利用各自的优势, 扬长避短来进行保护。避雷器并联间隙保护是一种行之有效的方法。在该方法中, 工频过电压和操作过电压由间隙承担, 雷电过电压和暂态过电压由避雷器承担, 采用间隙来限制避雷器上可能出现的幅值过高的工频过电压以及过高的残压。这种方式既能对变压器的中性点起到保护作用, 又能使间隙和避雷器形成相互保护。但避雷器并联间隙保护方案在间隙与避雷器配合时, 间隙的距离不大容易控制。距离既不能太小, 以防在接地暂态过电压下, 造成保护装置过多的动作;也不能太大, 否则将起不到限制工频过电压及保护避雷器的效果。

避雷器并联间隙的选择一般要满足下面两式的要求:

避雷器并联间隙的选择方法如下:

首先, 根据被保护变压器的中性点的耐受雷电电压水平Uln值, 由式 (1) 选择出合适的避雷器, 从而确定避雷器的峰值等效电压值Uk的大小。

然后根据式 (1) 选择适当距离的间隙, 从而确定了间隙的负极性的50%雷电放电电压-U50%, 然后检查Uln, <-U50%的条件是否被满足并具有一定的裕度。

4 结束语

本文简要介绍了110kV变压器中性点不接地时可能出现的过电压形式, 分析了单用棒间隙保护和单用避雷器保护变压器中性点的优势和不足, 讨论了避雷器并联间隙保护的配置方案及其实施方式。对局部不接地情况下110kV变压器及220kV变压器的中性点保护配置具有一定的参考价值。

摘要：文章介绍了110kV主变压器中性点过电压的各种可能情况, 对各类过电压保护方式作了分析和对比, 介绍了110kV主变中性点过电压保护配置的相关原则。

关键词：中性点,过电压,放电间隙,绝缘水平

参考文献

[1]张建学, 孙红梅, 王永新.110kV变压器中性点过电压保护的应用探讨[J].山西电力.2010 (04) .

中性点保护篇7

在我国,3 ~ 66 k V系统采用非有效接地方式,110 ~ 750 k V系统中性点采用有效接地方式。有效接地系统中性点电压不会很高,一般采用分级绝缘变压器,这样可以降低造价,节省成本。而对于某些供电可靠性和连续性要求较高的用户,其110 k V变电站也有采用全绝缘主变的情况。分级绝缘变压器中性点过电压保护一般设置避雷器和放电间隙进行过电压保护的方式,避雷器参数选择和绝缘配合相关规范和设计手册都有较明确的要求,而对于全绝缘变压器,其中性点绝缘水平较高,过电压保护也较为简单。

我国目前电网中110、220 k V系统中变压器中性点可以直接接地,根据运行的实际需要,部分变压器中性点也可以采用不接地方式,对于中性点可能接地也可能不接地运行的变压器,需要采取过电压保护的措施,由于采用110 k V全绝缘变压器的情况比较少见,故而相关的讨论也比较少。本文根据以往设计经验,就110 k V全绝缘变压器中性点的过电压保护问题,提出解决办法,供电气设计人员参考。

1 110 k V变压器中性点的过电压

变压器中性点由于雷电波侵入、电力系统操作和不对称故障等产生的过电压,会承受较大过电压,包括暂时过电压、操作过电压、雷电过电压。

暂时过电压包括工频过电压和谐振过电压。在电网发生单相接地故障或在非全相运行时,变压器不接地中性点将产生电压位移,不同故障下110 k V变压器中性点的工频过电压如表1 所示[1],其中Uxg为电网允许运行的最大工频相电压。

当电力系统在正常或故障操作的过程中,可能由于某些电感和分布电容匹配,单侧电源的变压器不接地的变压器产生2.0 ~ 3.0 p.u. 谐振过电压,有双侧电源的变压器可能会产生更高的谐振过电压[1,2]。

当电力系统在正常或故障操作的过程中,会产生操作过电压。开断110 k V变压器的过电压一般不超过3.0Uxg。

线路雷击导致变压器单相或多相进波时,中性点将出现雷击过电压。

2 110 k V全绝缘变压器过电压保护

110 k V全绝缘变压器中性点具有首端相同的绝缘水平,其额定雷电冲击耐受电压峰值480 k V,额定短时(1 min) 工频耐受电压有效值200 k V。110 k V有效接地系统中的全绝缘变压器,接地运行时,中性点过电压水平低,而中性点的绝缘水平足够,原则上可以不设保护。但是,不接地运行的变压器,无论是分级绝缘还是全绝缘,其中性点都需采取过电压保护措施,包括设置二次继电保护和在中性点装设避雷器。

根据GB/T 50064—2014《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》第4.1.4 条、第4.2.5条、5.4.13 条第8 款,不接地运行的变压器,在中性点装设MOA,对中性点出现的暂时过电压、操作过电压、雷电过电压进行保护,MOA即无间隙金属氧化物避雷器[2]。为防操作过电压对设备的损伤,在拉、合110 k V变压器高压开关时,应合上此主变压器高压侧的中性点接地闸刀。

2.1 110 k V全绝缘变压器中性点二次继电保护

110 k V全绝缘变压器中性点可能接地运行或不接地运行,二次继电保护一般设零序电流、零序过电压保护,零序过电压保护用于变压器不接地运行,当电力网中失去接地中性点且单相接地时,零序过电压保护经0.3 ~ 0.5 s时限动作断开变压器各侧断路器[3]。

2.2 110 k V全绝缘变压器中性点避雷器参数选择

从表1 中可以得知,对于110 k V全绝缘变压器,中性点耐受工频过电压没有问题,不需要设间隙保护。在中性点可能接地或不接地运行时,设MOA作为操作过电压和雷电过电压保护,中性点MOA应根据当地的海拔高度、气温、风速、污秽、地震等环境条件来进行选择,参数应根据系统暂时过电压的幅值、持续时间和MOA的工频电压耐受时间特性来确定。

1) 避雷器标称放电电流

由于变压器中性点不会产生大的电流幅值,一般选用标准8/20μs放电电流为1.5 k A的MOA。

2) 避雷器额定电压、持续运行电压

一般全绝缘变压器中性点选用相同电压等级的典型的相- 地避雷器,但是鉴于110 k V变压器中性点可能出现的工频过电压水平,也可选用额定电压水平较低的避雷器。110 k V全绝缘变压器中性点MOA的额定电压根据UR≥ UT确定,然后根据荷电率来确定持续运行电压,荷电率一般按0.8选取:UR为MOA的额定电压(k V) ;UT为系统的暂时电压(k V)[4,5,6]。首先应确定变压器中性点可能出现的暂时工频过电压,根据工频过电压水平,选择MOA的额定电压。

根据表1,单侧电源的变压器中性点可能出现的最大工频过电压为73 k V,MOA的额定电压宜大于或等于73 k V,表2 为目前常用的中性点避雷器参数,按照UR≥UT,可以选择额定电压为73 k V的MOA。而全绝缘变压器设置有零序过电压保护,可在0.3 ~ 0.5 s内跳闸,因此,也可以按照MOA的工频电压耐受时间特性,并在其外套的绝缘耐受电压足够的情况下,选择额定电压更低的MOA,如72 k V或更低。

双侧电源的变压器中性点可能出现的最大工频过电压为146 k V,依据UR≥ UT,变压器中性点MOA的额定电压需大于或等于146 k V,按照MOA的工频电压耐受时间特性,可耐受1.1 倍额定电压10 s,因此,可以选择额定电压为144 k V的中性点MOA。

3 结语

中性点保护篇8

目前500 k V变电站内大量使用的降压型自耦变压器,多采用中性点经小电抗接地的方式[1],该方式既能满足零序保护的要求,又能有效地解决系统短路容量超过断路器额定遮断容量的问题,而且有材料省、造价低、损耗小、质量轻等优点。但由于自耦变压器与普通变压器结构原理上的差异,自耦变的保护配置有不同的特点,整定计算时虽然正序及零序拓扑网络相同[2],但短路电流计算和部分定值整定需要区别于普通变压器。500 k V中性点经小电抗接地自耦变压器已得到广泛应用[3],而对500k V自耦变压器的整定计算还没有一个系统化的阐述。本文主要基于自耦变压器与普通变压器的结构差异,介绍500 k V中性点经小电抗接地自耦变压器零序短路参数及公共支路零序短路电流计算公式,根据《继电保护和电网安全自动装置技术规程》、《220~750 k V电网继电保护装置运行整定规程》、《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》以及各网调、省调实际整定经验[4,5,6,7,8,9,10,11],分析一般500 k V自耦变压器保护的构成特点,重点讨论如何简化其后备保护配置及其整定计算过程。

1 三绕组自耦变压器

三绕组自耦变压器与双绕组自耦变压器类似,高、中压侧相当于双绕组自耦变,低压侧与高、中压侧之间只有磁的联系。

如图1所示,高压、中压侧公用绕组W2,高压、中压侧既有磁的联系,又有电的联系,而普通变压器高、中、低压侧之间只有磁的联系。

自耦变压器高中压之间有电的联系,高电压易传递于中压侧,为了防止所连高压网络单相接地故障时,中压侧绕组出现过电压,所以自耦变中性点必须接地;为限制短路电流,500 k V自耦变中性点大多数经小电抗接地,其零序短路参数及短路电流计算与普通变压器不同。

2 中性点经小电抗接地自耦变压器零序参数及公共支路零序电流计算

2.1 零序电抗值计算

500 k V自耦变压器一般采用Y0/Y0/△型接线,其短路电压试验与普通变压器的短路电压试验相同,零序等值电路如图2所示。

高、中压绕组变比为NNU/Uk21(28),中性点经小电抗接地的自耦变压器归算到高压侧的高、中、低压侧等值零序电抗为

式中:Xn为接地电抗;X 1-2、X 1-3、X 2-3为绕组3开路,折算到高压侧的高、中压侧等值零序电抗;绕组2开路,折算到高压侧的高、低压侧等值零序电抗;绕组1开路,折算到高压侧的中、低压侧等值零序电抗;X1 X、2X、3为中性点直接接地归算到高压侧的高、中、低侧等值零序电抗;I(5)10、I(5)20、I(5)GG0为高、中压侧及公共支路零序电流;I(5)20、I(5)30为折算到高压侧的中、低压侧零序电流。

由式(1)可以看出,中性点经小电抗接地自耦变压器与普通变压器不同,它的零序等值电路中,各侧等值电抗均含有中性点电抗附加量,而普通变压器只有中性点接入侧增加附加量。

2.2 公共支路电流及中性点零序电流计算

由图2可知,2节点到中性点n为公共支路,该相公共支路零序电流为

中性点零序电流为

需要注意的是,因为自耦变压器绕组间有直接电的联系,从等值电路中,不能直接求取公共支路零序电流和中性点的入地电流,必须先算出一、二次侧的电流有名值I(5)10、I(5)20,才能求出。

同理,可以求出公共支路正序、负序以及各相电流。

3 500 k V自耦变压器后备保护整定计算

500 k V自耦变压器装设数字式保护时,除非电量保护外,应采用双重化保护配置。对变压器的内部、套管及引出线的短路故障,配置纵联差动保护作为主保护。为提高切除自耦变压器内部单相接地短路故障可靠性,可增设只接入高、中压侧和公共绕组回路电流互感器的星形接线电流分相差动保护或零序差动保护,作为纵联差动保护的辅助保护。500 k V自耦变压器后备保护一般有:高、中压侧配置带偏移特性距离保护、复合电压闭锁过流、零序电流保护、断路器失灵保护、过负荷保护、过激磁保护;低压侧配置复压闭锁过流保护、过负荷保护;公共绕组增设零序过电流保护和过负荷保护。

通常变压器正常运行时,不考虑其两套主保护同时拒动,基于“加强主保护,简化后备保护”的原则,本方案简化掉500 k V自耦变压器高、中压侧的零序方向电流保护配置,同时对其他后备保护的整定也进行了简化,下面具体阐述500 k V自耦变后备保护的简化整定方法。

3.1 距离保护

距离保护配置在自耦变压器高、中压侧,采用一段带偏移特性的阻抗保护,正向阻抗保护方向指向变压器内部,作为变压器的后备保护;反向指向本侧母线,作为本侧母线的后备保护。对于单套保护有:

Ⅰ高压侧

a)正向阻抗

按中压侧母线故障有1.5倍灵敏度整定。

b)反向阻抗

按正向阻抗定值的10%整定。

c)时间

按不超过变压器制造规程中要求的热稳定允许时限2 s。

Ⅱ中压侧

a)正向阻抗

按高压侧母线故障有1.5倍灵敏度整定。

b)反向阻抗

按正向阻抗定值的10%整定。

c)时间

按不超过变压器制造规程中要求的热稳定允许时限2 s。

对于目前采用双重化配置的主变距离保护,根据国网公司《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》标准化设计要求,允许500 k V线路距离保护与主变后备距离保护在定值和时间上不配合,正向阻抗按主变高中压侧阻抗的70%整定,时间统一按热稳定要求取2 s。

由于500 k V距离保护利用反向偏移阻抗作为母线的后备保护。原则上,当高、中压侧母差退出时,其同侧距离保护时间均改为1 s。距离保护双重化配置的主变两套同侧阻抗保护均改为1 s。对于主变正方向阻抗伸出对侧母线的主变,由于主变距离保护的正方向阻抗和反方向偏移阻抗时间同时改为1 s,因此若此时正方向侧母线或出线发生故障,若1 s内母线或线路后备保护不能可靠切除其故障,则主变距离保护会越级跳闸。因此,当母差退出时,其相邻线路纵联保护至少有一套必须运行。

3.2 过电流保护

从3.1节可以看出,当采用标准化设计的双套自耦变压器阻抗保护,对其他侧相间故障没有灵敏度,即使对按其他侧有灵敏度整定的单套阻抗保护,对低压侧也未必具有灵敏度。因为,对于自耦变压器,经过仿真计算,高压侧、中压侧单相接地、匝间短路,低压侧匝间短路几乎全部位于变压器短路阻抗为半径的圆以外,有一部分测量的阻抗还落到负荷阻抗之外,因此阻抗元件不能作为变压器各侧绕组内部短路的近后备保护,只能作为变压器引线、母线或线路保护的后备。所以,低压侧需增设过电流保护。

主变的低压侧采用三相过流保护作为变压器低压侧后备保护及低压母线的主保护,对不能消除区外故障零序电流的保护,若主变低压过流保护CT一次取自主变套管相电流,则该CT二次回路应接成∆形接线,以消除区外故障零序电流的影响;若主变低压过流保护CT一次取自主变套管线电流或采用开关独立CT,则该CT二次回路应接成Y形接线。

整定值按躲过变压器低压侧额定电流整定,同时应满足在主变低压侧故障有灵敏度。主变没有低压开关,保护动作直接跳主变高、中压侧;若主变有低压开关,则分两阶段跳闸,第一阶段(短延时)跳低压开关;第二阶段(长延时)跳主变三侧。

3.3 中性点零序过流保护

根据文献[12],自耦变压器中性点零序电流大小和方向随中压侧系统阻抗变化而变化,不能明确反映故障方向及严重程度,故零序过电流保护须分别装设在高、中压侧,为满足选择性要求,可增设零序方向元件,根据保护方向不同分别作为线路、变压器接地故障的后备保护。

然而无论变压器高、中压侧是否装设零序电流保护,为了避免高压侧或中压侧跳开之后,中、高压侧零序电流保护灵敏度不够问题,都要在中性点装设零序过流保护。

在实际整定计算中,高、中压侧和中性点都装设零序电流保护,为了满足配合关系,反而延长了保护动作时间;同时,已经配置了距离保护,解决接地故障后备保护问题;另外,500 k V自耦变压器加强了主保护,一般有两套快速保护,内部发生接地故障时一般不考虑两套同时拒动,这样也能快速切除故障;同样,对于500 k V自耦变压器高、中压侧所连线路来说,也有双套快速保护,基于简化后备保护的原则,也不用考虑变压器与线路的配合。

基于上述原因,在接地故障的后备保护简化整定中,直接取消变压器高、中压侧的零序电流保护,直接在中性点装设零序过电流保护,作为线路、变压器接地故障的总后备。

变压器中性点零序电流保护作为变压器及出线的总后备,时间与线路的方向零流配合。若两台及以上变压器并列运行,变压器的中性点零流动作时间一般按相差一个∆t(0.5 s)整定。

3.4 过负荷保护

500 k V自耦变压器与普通变压器在过负荷保护方面的不同:通过计算可知,当自耦变压器的低压侧接有电源或无功补偿设备时,变压器高、中压侧未达到额定运行时,公共绕组已有过负荷的现象。所以在这种情况下,自耦变压器除了一般的三侧均装过负荷保护外,还必须在公共绕组处装设过负荷保护。

高、中、低压侧过负荷保护定值按普通变压器整定,固定按各侧额定电流1.1倍整定,延时1 s发信;公共绕组过负荷保护定值按躲主变公共线圈额定电流整定,延时1 s发信。

4 仿真分析

根据现场实例,本文采用继保故障分析整定管理及仿真软件对系统进行建模,计算中性点经小电抗接地自耦变压器公共绕组零序短路电流,配置简化的后备保护并进行整定计算,最后仿真验证其动作行为。为了便于计算分析,将500 k V电网简化如图3所示,图中包含变电站内设备、500 k V出线,将出线母线外侧系统简化,等值成外部系统1、2和等值联络线,500 k V出线及自耦变压器各侧正序及零序阻抗标幺值在图中已显示,自耦变中性点电抗均为j12,按上文的保护配置对3#主变配置变压器后备保护,并进行整定计算。

设置系统参数:采用CT变比为5000/1,PT变比高压侧为500/0.1,中压侧为220/0.1,设置计算结果精度为小数点后4位,整定结果精度为小数点后2位,误差0.01。

以整定变压器中性点零序电流为例,按出线末端故障有灵敏度整定,高压侧出线故障零序电流最小值出现在小方式高压侧出线5913线末端故障,流过该系统的零序电流有名值如图3所示,变压器中压侧母线故障最小值在小方式下,其有名值为387A,中性点零序过流保护高压侧出线故障时灵敏度不够,按小于300 A整定;时间按与出线的方向零流配合,出线的方向零流最长时间为2 s(其整定过程略),则其时间整定为2.5 s。#3变高、中压侧母线三相短路时中、高压侧的测量阻抗有名值分别为j77.1283Ω、j401.8612Ω。对3#变配置变压器后备保护,按双套保护整定结果如表1所示。

整定结束,对保护动作行为进行仿真,仿真试验证明在变压器内部发生故障时保护均可正确动作,区外发生各种短路故障保护均不动作。该保护动作可靠,逻辑简单、易于实现,满足简化后备保护的要求。

5 结论

本文基于500 k V自耦变压器与普通变压器的差异,阐述了500 k V自耦变压器后备保护的简化整定方案,这一方案已成功应用在某些网调、省调的整定计算方案中,运行效果良好。

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