主變壓器中性點接地和保護的應用

1、主變壓器中性點接地及保護的應用目錄一、變壓器中性點過電壓的三種保護方式 2.（一）間隙 2.（二）避雷器 2.（三）避雷器聯(lián)合放電間隙 2.二、變壓器中性點間隙過流保護 3.三、發(fā)電廠主變壓器的中性點接地要求 4.四、變壓器中性點的運行操作注意事項 5.（一）中性點接地閘刀操作 5.（二）相關二次壓板的對應關系 5.（三）中性點的操作中一、二次的配合問題 8.五、結語 9大型變壓器是電力生產(chǎn)的核心設備， 由于其成本較高， 故在 110kV 及以上 的中性點直接接地的電網(wǎng)中，普遍采用分級絕緣的變壓器 。在中性點直接接地的電網(wǎng)中，接地短路故障是較常見的故障（約占故障總 數(shù)的 85% 以上）。雖然在

2、實際運行中，部分變壓器的中性點是直接接地的，它 能夠反映變壓器高壓繞組、引出線上的接地短路故障，并可作為大型電力變壓 器的主保護和相鄰母線、線路接地保護的后備保護。但還有部分變壓器的中性 點不接地運行， 當系統(tǒng)發(fā)生接地故障，中性點接地的變壓器跳開后， 電網(wǎng)零序電壓升高或諧振過電壓等都會危及這些不接地的變壓器中性點絕緣。因此，處于該系統(tǒng)中運行的大型變壓器必須裝設中性點保護。一、變壓器中性點過電壓的三種保護方式變壓器中性點過電壓保護可采用 間隙、避雷器及避雷器聯(lián)合放電間隙 三種 方式。變壓器中性點的過電壓 可分為三種形式：大氣過電壓、單相接地故障引 起的過電壓及斷路器非全相分合閘引起的過電壓。（一

3、）間隙間隙的優(yōu)點是結構簡單可靠、運行維護量小，在雷電、操作和工頻過電壓 下都可對變壓器進行保護；缺點是間隙參數(shù)確定較為困難、放電分散性大、保 護性能一般、工頻續(xù)流較大、滅弧能力差、在系統(tǒng)有不對稱接地短路故障時有 較大和較長時間的工頻零序電流沖擊主變壓器，另外，間隙放電產(chǎn)生的諧波對 主變壓器的繞組絕緣也有一定的影響。（二）避雷器避雷器具有優(yōu)異的非線性伏安特性，殘壓隨沖擊電流波頭時間變化的特性 平穩(wěn)，陡波響應特性好，無間隙的擊穿和滅弧問題，通流容量大，無續(xù)流，動 作迅速，對主變壓器沖擊?。?其缺點是不能防護工頻過電壓，在較高的工頻過 電壓下往往自身難保，需定期進行預防性試驗，維護工作量較大。（三）

4、避雷器聯(lián)合放電間隙避雷器并聯(lián)間隙的保護分工 是工頻、操作過電壓由間隙承擔，雷電、暫態(tài) 過電壓由避雷器承擔，同時，又用間隙來限制避雷器上可能出現(xiàn)的過高幅值的 工頻過電壓和過高的殘壓。這種方式既對變壓器中性點進行保護，又起到互為 保護的作用。但間隙與避雷器配合時，間隙的距離大小較難掌握。間隙距離不能太小，以防止在接地暫態(tài)過電壓下動作，引起保護裝置過多動作；同時，間 隙也不能太大，否則，起不到限制工頻過電壓、保護避雷器的作用。發(fā)電廠采用第三種方式較多，即避雷器聯(lián)合放電間隙，放電間隙采用棒-棒間隙，避雷器多配置為氧化鋅避雷器。二、變壓器中性點間隙過流保護為防止工頻過電壓損壞變壓器中性點絕緣，對主變壓器

5、中性點目前普遍采取裝設放電間隙的措施，并利用 中性點套管電流互感器 或在放電間隙回路裝設 獨立的電流互感器，構成變壓器中性點放電間隙零序過電流保護 （簡稱“間隙 過流”保護）?！伴g隙過流”保護在實際應用中有下列幾種典型接線方式：1 .間隙過流保護與主變壓器零序過流保護 共用一組電流互感器，如圖1所淪0岬帚鶴KESR更»噓舉mHKlitLK圖1共用電流互感器接線圖主變壓器零序電流繼電器與間隙過流繼電器的電流線圈串接在中性點接地的電流互感器上。兩個電流繼電器的動作值不同，且兩種接地電流的性質(zhì)不同。 零序過流主要是工頻量；間隙過流具有間隙、分段發(fā)展的性質(zhì)，間歇時間和電 流幅值均為隨機性，且

6、含有大量的諧波分量。2 .將兩套保護的電流互感器相互獨立，即交流回路分開，分別接在各自的 正確位置處，如圖2所示。此方案較為合理，但費用高巨芒整COZD-> KGK圖2電流互感器相互獨接線圖3 .變壓器出廠時裝設了主變壓器中性點 CT,為降低費用，零序過流采用主變壓器自帶中性點CT，間隙過流采用單獨CT的綜合接線，如圖3所示:220昨母&佰1*建灣圖3綜合接線示意圖三、發(fā)電廠主變壓器的中性點接地要求在通常情況下，發(fā)電廠的主變壓器至少有 1臺中性點直接接地。如果電廠 主變壓器中性點不接地運行， 在線路發(fā)生單相接地故障時，電網(wǎng)對側線路開關 接地保護動作跳閘；由于零序網(wǎng)絡不通，電廠側線

7、路開關不流過零序電流，接 地保護不會動作。而在電網(wǎng)對側線路開關跳閘之后，電廠升壓站所處的系統(tǒng)由 大電流接地系統(tǒng)轉變成小電流接地系統(tǒng)，故障相電壓降低，非故障相電壓升高， 對整個電廠升壓站系統(tǒng)的絕緣都會造成損害。發(fā)電廠的線路跳閘時，發(fā)電機可能會突然甩負荷。發(fā)電機輸送功率 P 愈大， 功率因數(shù)愈小，發(fā)電機的暫態(tài)電動勢 E 愈高；同時，發(fā)電機甩負荷后，轉子欲 超速運轉，系統(tǒng)頻率有上升趨勢（取決于系統(tǒng)容量），發(fā)電機的暫態(tài)電動勢 E 也成比例上升，系統(tǒng)的電壓升高，如果主變壓器中性點不接地運行則可能危及 整個系統(tǒng)的絕緣。因此， 電廠主變壓器至少有 1 臺中性點接地運行，但接地主 變壓器中性點的數(shù)量不能隨意。

8、 保護整定若按 1 臺主變壓器接地運行計算，當 有 2 臺主變壓器接地時，如果發(fā)生系統(tǒng)接地產(chǎn)生零序電流，就會產(chǎn)生分流，使 得零序電流達不到整定值而啟動不了正常的保護。四、變壓器中性點的運行操作注意事項（一）中性點接地閘刀操作 在拉、合主變壓器高壓開關時 ，必須合上此主變壓器高壓側的中性點接地 閘刀，以防操作過電壓對設備的損傷。因運行方式改變，需要倒換不同變壓器的中性點接地閘刀時，應先合上不 接地變壓器的中性點接地閘刀，然后，再拉開接地變壓器的中性點接地閘刀， 且 2 個接地點的并列時間越短越好。這樣，可防止在此期間電網(wǎng)發(fā)生接地故障 時，因單相接地短路電流大幅度的增大，而擴大電網(wǎng)中零序保護的動作

9、圍，使 電網(wǎng)中的保護有可能出現(xiàn)越級跳閘。 同時，對并列接地的變壓器而言，在 2 個 中性點并列接地，當變壓器某側母線發(fā)生接地故障時，由于并列接地閘刀的分 流作用，使變壓器零序保護的靈敏度降低，有可能造成變壓器保護拒動。（二）相關二次壓板的對應關系在操作主變壓器中性點接地閘刀時，還要操作相關的二次保護壓板1由圖 3 可知， 在中性點直接接地的變壓器運行時， 必須將“零序過流” 保護跳閘壓板 2LP 投入， “間隙過流”保護的跳閘壓板 1LP 及時退出， 否則， 在主變壓器中性點接地閘刀合閘的情況下“間隙過流”保護可能誤動。在主變壓器中性點接地閘刀拉開時， “間隙過流”保護壓板 1LP 必須投入，

10、 “零序過流”保護壓板 2LP 可以考慮退出。雖然“零序過流”保護定值遠大于 “間隙過流”保護定值，但由于“間隙過流”的電流性質(zhì)不穩(wěn)定，如果觸發(fā)了 “零序電流”出口，會給運行的事故處理、判斷帶來不便。不同企業(yè)的二次接 線有一定的差別，具體操作要根據(jù)實際情況確定。2 由圖 2 可知，裝有此類保護的大型電力變壓器零序電流保護和主變壓器 間隙過流保護壓板可全部投入，無須投退切換， 2 套零序保護可通過主變壓器 中性點接地閘刀的分、合自動投退。3接線較多的是圖 3 所示類型。從圖 3 中可知，它的“零序過流”保護同 樣存在第一種類似情況，為減少保護壓板的操作，設計時有的已考慮將主變壓 器中性點接地閘刀

11、的二次接點接入保護回路中。如早期繼電器式保護中，用主 變壓器中性點接地閘刀常閉接點并聯(lián)在“零序過流” CT 兩端，當主變壓器中性 點接地閘刀分閘時，常閉接點短接“零序電流”CT, “零序電流”保護自動退出。當主變壓器中性點接地閘刀合閘時，中性點接地閘刀短接“間隙過流” CT 一次側，“間隙過流”保護自動退出。采用微機保護后，用主變壓器中性點接地閘刀二次接點接入微機保護中來 自動判斷， 但不同企業(yè)會有一定的差別，在華電半山發(fā)電的 T60 保護中（如圖 4 所示），與中性點閘刀相關的保護壓板有 3 塊（1 塊間隙過流、2 塊零序過流）。220 kV及以上的大型變壓器一般采用雙套保護，故實際有6塊二

12、次保護壓板, 在此以1套保護為例進行說明寧序電it倔護ft投運壓黑f-|=& 1 jI主交壓n爭序電it保護1段LI 需序電議保護U段iftMHiK|主受壓"零序電就很護#段圖4T60保護零序電流、間隙過流部分示意圖由圖4可知，“間隙過流”是自動與主變壓器中性點接地閘刀對應的（其實在一次回路上已經(jīng)有此功能，只是這樣更保險）；但“零序過流”保護還是存在第一點中的類似情況。為此，建議修改保護邏輯（如圖5所示），增加虛線部分，不必再操作二次壓板。 在未修改邏輯前，保護壓板必須與中性點接地 閘刀相對應。對應的關系是主變壓器中性點接地閘刀合閘，投 2塊“零序過流” 壓板，撤出1塊“間隙

13、過流”壓板；主變壓器中性點接地閘刀分閘， 投1塊“間 隙過流”壓板，撤出2塊“零序過”壓板。圖5改進后的示意圖流（三）中性點的操作中一、二次的配合問題下面再分析在主變壓器中性點接地閘刀操作時，與保護壓板配合的問題。以充電運行的主變壓器停役操作為例，說明壓板配合操作的先后順序。假設充電運行的主變壓器中性點接地閘刀是 分閘的，它的1塊“間隙過流” 保護壓板投入，2塊“零序過流”保護壓板撤出。操作如下：操作時必須先合主變壓器中性點接地閘刀，且 在合中性點接地閘刀前，應 先投入2塊“零序過流”壓板，再合中性點接地閘刀；合好閘刀，再取下 1塊 “間隙過流”壓板；最后拉開主變壓器 220kV開關。如果不投“零序過流”壓 板，中性點接地閘刀合上，直接拉主變壓器 220kV開關，會存在安全隱患。因 為，假設此時22