主變壓器中性點(diǎn)的應(yīng)用

1、主變壓器中性點(diǎn)的應(yīng)用大型變壓器是電力生產(chǎn)的核心設(shè)備，由于其成本較高，故在110kV及以上的中性點(diǎn)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(diǎn)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）。雖然在實(shí)際運(yùn)行中，部分變壓器的中性點(diǎn)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(hù)和相鄰母線、線路接地保護(hù)的后備保護(hù)。但還有部分變壓器的中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障，中性點(diǎn)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(huì)危及這些不接地的變壓器中性點(diǎn)絕緣。因此，處于該系統(tǒng)中運(yùn)行的大型變壓器必須裝設(shè)中性點(diǎn)保護(hù)。一、變壓

2、器中的三種保護(hù)方式變壓器中性點(diǎn)保護(hù)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(diǎn)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）間隙間隙的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單可靠、運(yùn)行維護(hù)量小，在雷電、操作和工頻過電壓下都可對變壓器進(jìn)行保護(hù)；缺點(diǎn)是間隙參數(shù)確定較為困難、放電分散性大、保護(hù)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(shí)有較大和較長時(shí)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(shí)間變化的特性平穩(wěn)，陡波響應(yīng)特性好，無

3、間隙的擊穿和滅弧問題，通流容量大，無續(xù)流，動(dòng)作迅速，對主變壓器沖擊??；其缺點(diǎn)是不能防護(hù)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(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，維護(hù)工作量較大。（三）避雷器聯(lián)合放電間隙避雷器并聯(lián)間隙的保護(hù)分工是工頻、操作過電壓由間隙承擔(dān)，雷電、暫態(tài)過電壓由避雷器承擔(dān)，同時(shí)，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(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，又起到互為保護(hù)的作用。但間隙與避雷器配合時(shí)，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(dòng)作，引起保護(hù)裝置過多動(dòng)作；同時(shí)，間隙也不能太大，否則，起不到限制工頻過電壓、保護(hù)避雷器的作用。發(fā)電廠采用

4、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(diǎn)間隙過流保護(hù)推薦精選為防止工頻過電壓損壞變壓器中性點(diǎn)絕緣，對主變壓器中性點(diǎn)目前普遍采取裝設(shè)放電間隙的措施，并利用中性點(diǎn)套管電流互感器或在放電間隙回路裝設(shè)獨(dú)立的電流互感器，構(gòu)成變壓器中性點(diǎn)放電間隙零序過電流保護(hù)（簡稱“間隙過流”保護(hù)）?！伴g隙過流”保護(hù)在實(shí)際應(yīng)用中有下列幾種典型接線方式：1間隙過流保護(hù)與主變壓器零序過流保護(hù)共用一組電流互感器，如圖1所示。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(diǎn)接地的電流互感器上。兩個(gè)電流繼電器的動(dòng)作值不同，且兩種接地電流的性質(zhì)不同。零序過

5、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(shí)間和電流幅值均為隨機(jī)性，且含有大量的諧波分量。2將兩套保護(hù)的電流互感器相互獨(dú)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(fèi)用高。圖1 共用電流互感器接線圖3變壓器出廠時(shí)裝設(shè)了主變壓器中性點(diǎn)CT，為降低費(fèi)用，零序過流采用主變壓器自帶中性點(diǎn)CT，間隙過流采用單獨(dú)CT的綜合接線，如圖3所示：圖2 電流互感器相互獨(dú)接線圖推薦精選    圖3 綜合接線示意圖 三、發(fā)電廠主變壓器的中性點(diǎn)接地要求在通常情況下，發(fā)電廠的主變壓器至少有1臺(tái)中性點(diǎn)直接接地。如果電廠主變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)

6、行，在線路發(fā)生單相接地故障時(shí)，電網(wǎng)對側(cè)線路開關(guān)接地保護(hù)動(dòng)作跳閘；由于零序網(wǎng)絡(luò)不通，電廠側(cè)線路開關(guān)不流過零序電流，接地保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。而在電網(wǎng)對側(cè)線路開關(guān)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(zhuǎn)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(gè)電廠升壓站系統(tǒng)的絕緣都會(huì)造成損害。發(fā)電廠的線路跳閘時(shí)，發(fā)電機(jī)可能會(huì)突然甩負(fù)荷。發(fā)電機(jī)輸送功率P愈大，功率因數(shù)愈小，發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電動(dòng)勢E愈高；同時(shí)，發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷后，轉(zhuǎn)子欲超速運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)頻率有上升趨勢（取決于系統(tǒng)容量），發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電動(dòng)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(diǎn)不接地運(yùn)行則可能危及整個(gè)系統(tǒng)的絕緣。因此，電廠主變壓器至少

7、有1臺(tái)中性點(diǎn)接地運(yùn)行，但接地主變壓器中性點(diǎn)的數(shù)量不能隨意。保護(hù)整定若按1臺(tái)主變壓器接地運(yùn)行計(jì)算，當(dāng)有2臺(tái)主變壓器接地時(shí)，如果發(fā)生系統(tǒng)接地產(chǎn)生零序電流，就會(huì)產(chǎn)生分流，使得零序電流達(dá)不到整定值而啟動(dòng)不了正常的保護(hù)。四、變壓器中性點(diǎn)的運(yùn)行操作注意事項(xiàng)（一）中性點(diǎn)接地閘刀操作在拉、合主變壓器高壓開關(guān)時(shí)，必須合上此主變壓器高壓側(cè)的中性點(diǎn)接地閘刀，以防操作過電壓對設(shè)備的損傷。因運(yùn)行方式改變，需要倒換不同變壓器的中性點(diǎn)接地閘刀時(shí)，應(yīng)先合上不接地變壓器的中性點(diǎn)接地閘刀，然后，再拉開接地變壓器的中性點(diǎn)接地閘刀，且2個(gè)接地點(diǎn)的并列時(shí)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(shí)，因單相接地短路電流大幅度的增大

8、，而擴(kuò)大電網(wǎng)中零序保護(hù)的動(dòng)作范圍，使電網(wǎng)中的保護(hù)有可能出現(xiàn)越級跳閘。同時(shí)，對并列接地的變壓器而言，在2個(gè)中性點(diǎn)并列接地，當(dāng)變壓器某側(cè)母線發(fā)生接地故障時(shí)，由于并列接地閘刀的分流作用，使變壓器零序保護(hù)的靈敏度降低，有可能造成變壓器保護(hù)拒動(dòng)。推薦精選（二）相關(guān)二次壓板的對應(yīng)關(guān)系在操作主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀時(shí)，還要操作相關(guān)的二次保護(hù)壓板。1由圖3可知，在中性點(diǎn)直接接地的變壓器運(yùn)行時(shí)，必須將“零序過流”保護(hù)跳閘壓板2LP投入，“間隙過流”保護(hù)的跳閘壓板1LP及時(shí)退出，否則，在主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀合閘的情況下“間隙過流”保護(hù)可能誤動(dòng)。在主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀拉開時(shí)，“間隙過流”保護(hù)壓板1LP必須投入，“

9、零序過流”保護(hù)壓板2LP可以考慮退出。雖然“零序過流”保護(hù)定值遠(yuǎn)大于“間隙過流”保護(hù)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(huì)給運(yùn)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(shí)際情況確定。2由圖2可知，裝有此類保護(hù)的大型電力變壓器零序電流保護(hù)和主變壓器間隙過流保護(hù)壓板可全部投入，無須投退切換， 2套零序保護(hù)可通過主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀的分、合自動(dòng)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(hù)同樣存在第一種類似情況，為減少保護(hù)壓板的操作，設(shè)計(jì)時(shí)有的已考慮將主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀的二次接點(diǎn)接入保護(hù)回路中。如早期繼電器

10、式保護(hù)中，用主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀常閉接點(diǎn)并聯(lián)在“零序過流”CT兩端，當(dāng)主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀分閘時(shí)，常閉接點(diǎn)短接“零序電流”CT，“零序電流”保護(hù)自動(dòng)退出。當(dāng)主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀合閘時(shí)，中性點(diǎn)接地閘刀短接“間隙過流”CT一次側(cè)，“間隙過流”保護(hù)自動(dòng)退出。采用微機(jī)保護(hù)后，用主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀二次接點(diǎn)接入微機(jī)保護(hù)中來自動(dòng)判斷，但不同企業(yè)會(huì)有一定的差別，在杭州華電半山發(fā)電有限公司的T60保護(hù)中（如圖4所示），與中性點(diǎn)閘刀相關(guān)的保護(hù)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(hù)，故實(shí)際有6塊二次保護(hù)壓板，在此以1套保護(hù)為例進(jìn)行說明。圖4 T60保護(hù)零序

11、電流、間隙過流部分示意圖推薦精選由圖4可知，“間隙過流”是自動(dòng)與主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀對應(yīng)的（其實(shí)在一次回路上已經(jīng)有此功能，只是這樣更保險(xiǎn)）；但“零序過流”保護(hù)還是存在第一點(diǎn)中的類似情況。為此，建議修改保護(hù)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(hù)壓板必須與中性點(diǎn)接地閘刀相對應(yīng)。對應(yīng)的關(guān)系是主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀合閘，投2塊“零序過流”壓板，撤出1塊“間隙過流”壓板；主變壓器中性點(diǎn)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(jìn)后的示意圖流（三）中性點(diǎn)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(diǎn)接地閘刀操作時(shí)，與保護(hù)壓板配合的問題。以充電運(yùn)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(shè)充電運(yùn)行的主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀是分閘的，它的1塊“間隙過流”保護(hù)壓板投入， 2塊“零序過流”保護(hù)壓板撤出。操作時(shí)必須先合主變壓器中性點(diǎn)接地閘刀，且在合中性點(diǎn)接地閘刀前，應(yīng)先投入2塊“零序過流”壓板，再合中性點(diǎn)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(guān)。如果不投“零序過流”壓板，中性點(diǎn)接地閘刀合上，直接拉主變壓器220kV開關(guān)，會(huì)存在安全隱患。因?yàn)?，假設(shè)此時(shí)220kV系統(tǒng)有接地故障，將在主變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生零序電流。但因?yàn)?塊“零序過流”壓板未投入