1號主變中性點過壓保護存在的隱患探討

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

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關鍵詞：變壓器；分級絕緣；中性點；過壓保護

引言

電力系統110kV、220kV主變壓器一般采用分級絕緣結構，這種主變壓器的中性點絕緣是最薄弱的地方，從保護中性點絕緣的角度出發，最簡單和直接的方法是將其中性點接地。但110kV、220kV系統是屬于有效接地系統，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整定配置等要求，調度部門對系統中分級絕緣變壓器的中性點接地有嚴格的要求，所以110kV、220kV系統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，當雷電波從線路侵入變壓站到達變壓器中性點以及系統單相接地、非全相運行，特別是伴隨產生變壓器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產生較高的雷電過電壓或工頻穩態過電壓，對分級絕緣變壓器中性點構成威脅，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。

1 1、2號主變中性點過壓保護配置情況

125MW機組1、2號主變為保定變壓器廠生產的三圈變（型號為SFPS9-150000/220），其220、110kV側繞組為Y接法，13.8kV側繞組為△接法，220、110kV側繞組都有中性點引出。

1.1 1、2號主變220kV中性點過壓保護配置

1、2號主變220kV中性點過壓保護配置采用氧化鋅避雷器加并聯水平棒間隙過流的方式，輔以220kV零序過壓保護形成完善的中性點過壓保護；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：避雷器承擔雷電過電壓保護，當系統發生單相接地故障及開關單相重合閘過程中水平棒間隙不應放電動作；只有當系統失去接地點（以下稱系統失地），且出現系統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，保護變壓器中性點絕緣及線端設備的絕緣，防止避雷器因通流容量不夠發生爆炸；220kV零序過壓保護也是只有當系統失地后單相接地故障還存在時才動作切除變壓器以保護變壓器中性點絕緣及線端設備的絕緣；三者配合能夠適應靈活的運行方式。

1.2 1、2號主變110kV中性點過壓保護配置

1、2號主變110kV中性點過壓保護配置采用氧化鋅避雷器加零序聯跳的方式，輔以110kV零序過壓保護形成主變110kV中性點過壓保護；三者的配合原則是：避雷器承擔雷電過電壓保護，當110kV系統發生單相接地故障時，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，保護不接地主變的110kV中性點絕緣及線端設備的絕緣，當單相接地點在不接地主變的110kV側時其110kV零序過壓保護動作再切除該主變220kV側和13.8kV側。

2 1、2號主變110kV中性點過壓保護配置存在的問題

2.1 110kV設計為零序聯跳保護存在明顯的缺點

2.1.1 當110kV側發生單相接地時有選擇性切除故障的概率只有50%。如果110kV側發生單相接地故障的接地點在中性點接地變壓器的110kV側范圍內時，中性點接地變壓器的110kV側零序過流保護t1時限動作切除中性點不接地變壓器的110kV側后故障仍然存在于系統中，此時中性點接地變壓器的110kV側零序過流保護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，會擴大停電范圍。

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

2.1.4 必須在兩臺主變同時停運時才能進行互跳試驗，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中性點沒有設計安裝間隙和間隙零序電流保護

在系統單相接地故障造成中性點接地變壓器跳閘后將形成系統失地，在此情況下發生開關非全相操作等情況產生的工頻穩態過電壓將危及變壓器中性點絕緣（因為主變110kV中性點并聯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生爆炸）。

基于以上1、2號主變110kV中性點過壓保護配置存在的問題，2008年5月利用1號脫硫變接入2號主變低壓側進行2號發變組保護更換的機會，對2號主變110kV側中性點增加了保護間隙和間隙電流保護并取消了零序聯跳回路，完善了2號主變110kV側中性點的過壓保護。

3 1號主變110側中性點的過壓保護配置存在的隱患

3.1 由于取消了1、2號主變110kV零序聯跳回路，1號主變110側中性點的過壓保護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側中性點1110接地刀閘的機會對1號主變110kV側中性點增加了保護間隙和間隙CT，待更換1號發變組保護時再增加其間隙電流保護。但分析這種只增加保護間隙而沒有相應增加間隙電流保護的做法其實是有弊無利，因為當110kV系統單相接地故障發生在1號主變范圍內造成系統失地而1號主變110kV側中性點又不接地的情況下可能出現兩種不利的情況：一是如果沒有采用間隙過流保護的末端變壓器中性點間隙搶先放電，當無法持續放電時，則1號主變將無法脫離故障系統而長時間承受過電壓；二是1號主變110kV側中性點增加的保護間隙在過電壓下將擊穿放電（由于沒有間隙過流保護，1號主變將無法脫離故障系統），間隙擊穿放電產生的截波作用將嚴重危及1號主變的匝間、層間絕緣和其他運行設備。

3.2 間隙安裝不規范，棒間隙的端部被打磨成圓錐形，沒有按照規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”效應造成間隙工頻放電電壓降低，使得間隙零序保護誤動的可能性大大增加。另外，棒間隙在安裝前沒有進行細致的打磨除去表面毛刺部分并對棒頭加電壓技術老煉，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誤動的可能。

4 在目前的情況下應采取的防止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側中性點接地。在特殊情況下調度要求2號主變110kV側中性點接地而1號主變110kV側中性點不接地時應人為解除1號主變110kV側中性點保護間隙或增大間隙距離。加大對1號主變110kV零序過壓保護的檢查維護力度。作好相應準備，在有機會時立即增加1號主變110kV側中性點間隙過流保護。在主變停運檢修時必須準確測量其中性點間隙距離并對間隙棒頭進行細致打磨除去表面毛刺部分，將棒頭按規定加工成半球形。有機會時將主變安裝的間隙拆下進行加電壓技術，提高運行后間隙擊穿電壓數據的準確性。

參考文獻

[1]《DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》.

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