基于110kV變壓器中性點接地方式探討
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
變壓器中性點接地方式有三種：1）不接地；2）直接接地；3）經(jīng)電抗器接地。再分細些，則直接接地可分為部份接地（有效接地）和全部接地（極有效接地）兩種；而經(jīng)電抗器接地可分為經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電抗接地兩種。變壓器中性點接地方式不同，在其中性點上出現(xiàn)的過電壓幅值也不同，所以過電壓保護方案也不同。一般變壓器中性點不接地時中性點絕緣水平為全絕緣（與線端相同），不需要安裝避雷器，但在多雷區(qū)且單進線裝有消弧線圈的變壓器應(yīng)在中性點加裝避雷器，其額定電壓與線端相同。一般變壓器部份接地時中性點絕緣水平為半絕緣（僅為線端的一半），中性點按其絕緣水平的不同，應(yīng)安裝相應(yīng)保護水平的避雷器。實踐證明：中性點部分接地時采用半絕緣的變壓器運行基本上是安全的，僅在斷路器出現(xiàn)非全相或嚴(yán)重不同期產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點絕緣。因此DL/T620-1997【1】規(guī)定宜在中性點裝設(shè)間隙，對該間隙的要求為：“因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作；系統(tǒng)以有效接地方式運行發(fā)生單相接地故障時間隙不應(yīng)動作?！睘榧骖櫡览追矫嬉筮€應(yīng)并接相應(yīng)避雷器。當(dāng)間隙與避雷器并接于中性點時應(yīng)滿足的要求為：“當(dāng)系統(tǒng)單相接地系數(shù)大于5時間隙才動作，間隙在雷電接地瞬態(tài)過電壓下不應(yīng)動作；避雷器在工頻和操作過電壓下不應(yīng)動作，在雷電接地的瞬態(tài)過電壓下才動作。”
110kV變壓器在部份接地系統(tǒng)中其中性點絕緣水平為35kV級，僅為線端絕緣水平的1/3，過電壓保護方案變得十分困難。筆者曾在【2】中作過介紹，建議把110kV變壓器中性點接地方式改為經(jīng)小電抗器接地。但是事隔3年，各方面均發(fā)生不少變化，筆者認為有必要作進一步的陳述。
1中性點部份接地方式的缺點
1.1避雷器難選
為了兼顧防雷和內(nèi)過電壓，通常中性點的保護方式為避雷器與間隙并列運行。對避雷器的要求為在雷電過電壓下應(yīng)動作，在工頻或內(nèi)部過電壓下不應(yīng)動作。對有間隙的傳統(tǒng)的避雷器FZ或FCZ型而言，即滅弧電壓要高，沖擊放電電壓要低，這在目前國內(nèi)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品中是找不到的。只能采用非標(biāo)準(zhǔn)組合，另外附加電容來改變沖擊放電電壓以滿足要求。目前FZ或FCZ都是淘汰產(chǎn)品，今后都要用新型的金屬氧化物避雷器（MOA）來代替。MOA是無間隙的，即為YW型。對YW型MOA而言上述要求變?yōu)槌掷m(xù)運行電壓要高，雷沖擊殘壓要低。這對中性點絕緣僅為線端絕緣的1/3的110kV變壓器是做不到的。
1.2間隙距離難選
由上所述，對間隙的要求為發(fā)生“失地”情況時應(yīng)動作（即間隙放電），“有地”情況時發(fā)生單相接地故障不應(yīng)動作。控制動作的手段就是間隙距離的調(diào)整。通常裸露在大氣中的棒間隙放電電壓分散性很大，文【3】給出間隙120mm和115mm的沖擊放電電壓(平均值)的差值高達532kV(即106kV／mm，而區(qū)分“失地”和“有地”的沖擊放電電壓上下眼的差值僅為39kV，因此區(qū)別難度大。文【3】建議將間隙換裝在可以精確調(diào)整，材質(zhì)較好，密封良好、運行條件較好的環(huán)境中（例如將棒間隙裝在透明、密封的絕緣盒中）。實際上此建議是行不通的，而且還要考慮空氣間隙放電與固體沿面放電的關(guān)系。
1.3繼電保護難選
中性點部分接地電網(wǎng)均設(shè)有防止出弧立不接地狀態(tài)的繼電保護。具體為零序過壓和間隙過流。文【4】指出這種“失地”保護不可靠，經(jīng)常有誤動情況出現(xiàn)，一是電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，與故障線路無關(guān)的其他主變間隙過流動作跳閘；二是供電線路故障時，受電端主零序過壓在電源側(cè)開關(guān)跳閘前動作跳閘。文【4】在分析引起誤動的各種原因后，提出用比較兩健全相電壓間的相應(yīng)位作為零序過壓保護的動作條件之一，構(gòu)成相位閉鎖的零序過電壓保護；比較主變中性點零序電流與110kV相電流的絕對值閉鎖間隙過流保護的方案。此方案的問題有二條，一是在原方案的基礎(chǔ)上加兩個閉鎖裝置，增加了裝置的復(fù)雜性，眾所周知繼保裝置越復(fù)雜，可靠性越差；二是該方案在理論上是可行的，技術(shù)上要引入微機保護，開發(fā)新產(chǎn)品在經(jīng)濟效益上是否值得？
2中性點經(jīng)小電抗接地方式的優(yōu)點
2.1絕緣水平要求降低，保護方案易選
文【5】指出110kV變壓器中性點經(jīng)小電抗接地后，中性點絕緣水平可采用20kV級。即工頻1min耐壓55kV，全波沖擊耐壓125kV。絕緣水平要求下降是以不會出現(xiàn)高幅值過電壓為基礎(chǔ)的，這意味著原變壓器中性點經(jīng)小電抗接地后可省去原有的避雷器和棒間隙等設(shè)備，而且保護是可靠的。（原變壓器中性點絕緣水平為35kV級。即工頻1min耐壓85kV，全波沖擊耐壓185kV）。
2.2接地方式統(tǒng)一，繼保裝置簡化
不存在部分中性點不接地的變壓器，自然不會出現(xiàn)弧立的不接地電網(wǎng)，因此防“失地”的繼保裝置可以省略。眾所周知繼保裝置越簡單，可靠性越高。
2.3中性點部分接地方式的優(yōu)點全部保留
中性點部分接地方式的優(yōu)點是：（1）可采用簡單可靠的零序繼電保護；（2）斷路器遮斷容量不受單相短路電流的限制；（3）單相接地對通訊線路的干擾也較校文【5】指出當(dāng)變壓器中性點經(jīng)小電抗接地時，只要小電抗阻值選擇適當(dāng)，就可以起到變壓器中性點部分接地作用。
3對變壓器中性點小電抗的技術(shù)要求
3.1阻抗及阻抗特性
阻抗值為變壓器零序電抗的1/3。變壓器零序電抗一般計算方法很復(fù)雜，需作試驗確定。文【6】給出變壓器零序阻抗工程計算法，計算結(jié)果表明：對三相雙繞組的變壓器，與實測數(shù)據(jù)相比，誤差小于1.5%，對三相三線繞組變壓器，與實測數(shù)據(jù)相比，誤差小于6.2%。這在工程計算中是允許的。
在最大和最小運行方式下，在流過小電抗的最大單相短路電流范圍內(nèi)保持阻抗為線性。
3.2熱穩(wěn)定
一般主要變壓器熱穩(wěn)定時間為2s，因此要求小電流在流過最大單相短路電流時，其熱穩(wěn)定時間也為2s。其長期工作電流約為最大零序電流的0.12倍。
3.3絕緣水平
一般應(yīng)與變壓器中性點絕緣水平相同。110kV變壓器中性點絕緣水平為35kV級時，小電抗絕緣水平也為35kV級，由于有充足的裕度，可省去避雷器。
4結(jié)語
變壓器變壓器中性點接地方式有三種：1）不接地；2）直接接地；3）經(jīng)電抗器接地。再分細些，則直接接地可分為部份接地（有效接地）和全部接地（極有效接地）兩種；而經(jīng)電抗器接地可分為經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電抗接地兩種。變壓器中性點接地方式不同，在其中性點上出現(xiàn)的過電壓幅值也不同，所以過電壓保護方案也不同。一般變壓器中性點不接地時中性點絕緣水平為全絕緣（與線端相同），不需要安裝避雷器，但在多雷區(qū)且單進線裝有消弧線圈的變壓器應(yīng)在中性點加裝避雷器，其額定電壓與線端相同。一般變壓器部份接地時中性點絕緣水平為半絕緣（僅為線端的一半），中性點按其絕緣水平的不同，應(yīng)安裝相應(yīng)保護水平的避雷器。實踐證明：中性點部分接地時采用半絕緣的變壓器運行基本上是安全的，僅在斷路器出現(xiàn)非全相或嚴(yán)重不同期產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點絕緣。因此DL/T620-1997【1】規(guī)定宜在中性點裝設(shè)間隙，對該間隙的要求為：“因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作；系統(tǒng)以有效接地方式運行發(fā)生單相接地故障時間隙不應(yīng)動作?！睘榧骖櫡览追矫嬉筮€應(yīng)并接相應(yīng)避雷器。當(dāng)間隙與避雷器并接于中性點時應(yīng)滿足的要求為：“當(dāng)系統(tǒng)單相接地系數(shù)大于5時間隙才動作，間隙在雷電接地瞬態(tài)過電壓下不應(yīng)動作；避雷器在工頻和操作過電壓下不應(yīng)動作，在雷電接地的瞬態(tài)過電壓下才動作?！豹ァ ?BR>
110kV變壓器在部份接地系統(tǒng)中其中性點絕緣水平為35kV級，僅為線端絕緣水平的1/3，過電壓保護方案變得十分困難。筆者曾在【2】中作過介紹，建議把110kV變壓器中性點接地方式改為經(jīng)小電抗器接地。但是事隔3年，各方面均發(fā)生不少變化，筆者認為有必要作進一步的陳述。
1中性點部份接地方式的缺點
1.1避雷器難選
為了兼顧防雷和內(nèi)過電壓，通常中性點的保護方式為避雷器與間隙并列運行。對避雷器的要求為在雷電過電壓下應(yīng)動作，在工頻或內(nèi)部過電壓下不應(yīng)動作。對有間隙的傳統(tǒng)的避雷器FZ或FCZ型而言，即滅弧電壓要高，沖擊放電電壓要低，這在目前國內(nèi)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品中是找不到的。只能采用非標(biāo)準(zhǔn)組合，另外附加電容來改變沖擊放電電壓以滿足要求。目前FZ或FCZ都是淘汰產(chǎn)品，今后都要用新型的金屬氧化物避雷器（MOA）來代替。MOA是無間隙的，即為YW型。對YW型MOA而言上述要求變?yōu)槌掷m(xù)運行電壓要高，雷沖擊殘壓要低。這對中性點絕緣僅為線端絕緣的1/3的110kV變壓器是做不到的。
1.2間隙距離難選
由上所述，對間隙的要求為發(fā)生“失地”情況時應(yīng)動作（即間隙放電），“有地”情況時發(fā)生單相接地故障不應(yīng)動作。控制動作的手段就是間隙距離的調(diào)整。通常裸露在大氣中的棒間隙放電電壓分散性很大，文【3】給出間隙120mm和115mm的沖擊放電電壓(平均值)的差值高達532kV(即106kV／mm，而區(qū)分“失地”和“有地”的沖擊放電電壓上下眼的差值僅為39kV，因此區(qū)別難度大。文【3】建議將間隙換裝在可以精確調(diào)整，材質(zhì)較好，密封良好、運行條件較好的環(huán)境中（例如將棒間隙裝在透明、密封的絕緣盒中）。實際上此建議是行不通的，而且還要考慮空氣間隙放電與固體沿面放電的關(guān)系。
1.3繼電保護難選
中性點部分接地電網(wǎng)均設(shè)有防止出弧立不接地狀態(tài)的繼電保護。具體為零序過壓和間隙過流。文【4】指出這種“失地”保護不可靠，經(jīng)常有誤動情況出現(xiàn)，一是電網(wǎng)發(fā)生接地故障時，與故障線路無關(guān)的其他主變間隙過流動作跳閘；二是供電線路故障時，受電端主零序過壓在電源側(cè)開關(guān)跳閘前動作跳閘。文【4】在分析引起誤動的各種原因后，提出用比較兩健全相電壓間的相應(yīng)位作為零序過壓保護的動作條件之一，構(gòu)成相位閉鎖的零序過電壓保護；比較主變中性點零序電流與110kV相電流的絕對值閉鎖間隙過流保護的方案。此方案的問題有二條，一是在原方案的基礎(chǔ)上加兩個閉鎖裝置，增加了裝置的復(fù)雜性，眾所周知繼保裝置越復(fù)雜，可靠性越差；二是該方案在理論上是可行的，技術(shù)上要引入微機保護，開發(fā)新產(chǎn)品在經(jīng)濟效益上是否值得？
2中性點經(jīng)小電抗接地方式的優(yōu)點
2.1絕緣水平要求降低，保護方案易選
文【5】指出110kV變壓器中性點經(jīng)小電抗接地后，中性點絕緣水平可采用20kV級。即工頻1min耐壓55kV，全波沖擊耐壓125kV。絕緣水平要求下降是以不會出現(xiàn)高幅值過電壓為基礎(chǔ)的，這意味著原變壓器中性點經(jīng)小電抗接地后可省去原有的避雷器和棒間隙等設(shè)備，而且保護是可靠的。（原變壓器中性點絕緣水平為35kV級。即工頻1min耐壓85kV，全波沖擊耐壓185kV）。
2.2接地方式統(tǒng)一，繼保裝置簡化
不存在部分中性點不接地的變壓器，自然不會出現(xiàn)弧立的不接地電網(wǎng)，因此防“失地”的繼保裝置可以省略。眾所周知繼保裝置越簡單，可靠性越高。
2.3中性點部分接地方式的優(yōu)點全部保留
中性點部分接地方式的優(yōu)點是：（1）可采用簡單可靠的零序繼電保護；（2）斷路器遮斷容量不受單相短路電流的限制；（3）單相接地對通訊線路的干擾也較校文【5】指出當(dāng)變壓器中性點經(jīng)小電抗接地時，只要小電抗阻值選擇適當(dāng)，就可以起到變壓器中性點部分接地作用。
3對變壓器中性點小電抗的技術(shù)要求
3.1阻抗及阻抗特性
阻抗值為變壓器零序電抗的1/3。變壓器零序電抗一般計算方法很復(fù)雜，需作試驗確定。文【6】給出變壓器零序阻抗工程計算法，計算結(jié)果表明：對三相雙繞組的變壓器，與實測數(shù)據(jù)相比，誤差小于1.5%，對三相三線繞組變壓器，與實測數(shù)據(jù)相比，誤差小于6.2%。這在工程計算中是允許的。
在最大和最小運行方式下，在流過小電抗的最大單相短路電流范圍內(nèi)保持阻抗為線性。
3.2熱穩(wěn)定
一般主要變壓器熱穩(wěn)定時間為2s，因此要求小電流在流過最大單相短路電流時，其熱穩(wěn)定時間也為2s。其長期工作電流約為最大零序電流的0.12倍。
3.3絕緣水平
一般應(yīng)與變壓器中性點絕緣水平相同。110kV變壓器中性點絕緣水平為35kV級時，小電抗絕緣水平也為35kV級，由于有充足的裕度，可省去避雷器。
4結(jié)語
變壓器中性點由有效接地（部分接地）改為極有效接地（全部直接接地或經(jīng)小電抗接地）這一科研成果是從500kV變壓器取得，并于1986年6月在葛州壩大江電廠升壓站7臺升壓變壓器付諸實踐。運行至今已近15年，還沒有見到發(fā)生故障的報道，證明是成功的。此項科研成果獲得者在文【5】中指出：變壓器中性點經(jīng)小電流接地方式可在500kV電網(wǎng)中因地制宜地推廣，110～330kV電網(wǎng)可參照采用。尤其對僅有兩臺相同主變的電廠或變電站（100～500kV)可推廣采用，其作用與部分接地完全一樣。
此項科研成果已為有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接受，GB311.1—1997【7】和DL/T620—1997【1】中均規(guī)定500kV變壓器中性點接地方式為全部直接接地和經(jīng)小電抗接地兩種；文【1】還推廣到330kV變壓器，110kV和220kV變壓器中性點全部直接或經(jīng)小電抗接地，部分中性點也可不接地。文【1】對110kV變壓器中性點絕緣水平仍維持文【7】的相同的規(guī)定，其絕緣水平僅為工頻1min耐壓95kV，全波沖擊耐壓250kV一種。
筆者認為推廣到110kV變壓器，特別是頻繁發(fā)生“失地”保護誤動，跳主變?nèi)齻?cè)的變電站，這也許是克服此現(xiàn)象的唯一途徑。雖然增加了小電抗的投資，但節(jié)省了避雷器、棒間隙和“失地”保護裝置等設(shè)備，經(jīng)濟效益并不會差。
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