李偉

（榆林電力設(shè)計(jì)院陜西 榆林 719000）

變壓器中性點(diǎn)過電壓一次保護(hù)與二次保護(hù)之研究

李偉

（榆林電力設(shè)計(jì)院陜西 榆林 719000）

隨著社會(huì)整體發(fā)展水平的不斷提升，企業(yè)與變電站蓬勃興起，積極促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)增長。然而，在企業(yè)與工廠中，因單相接地與非全相運(yùn)行，使得中性點(diǎn)出現(xiàn)異常擊穿以及短時(shí)過電壓等危險(xiǎn)事故，阻礙了企業(yè)與工廠的前進(jìn)進(jìn)程。筆者將依據(jù)現(xiàn)有理論成果，著重研究中性點(diǎn)過電壓問題，希望可為變電器的穩(wěn)步運(yùn)行提供幫助。

變電壓；中性點(diǎn)過電壓；一次保護(hù)；二次保護(hù)

電力變壓器作為發(fā)電廠的基本組成，它影響著整個(gè)電力運(yùn)行情況，不可或缺。該設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)干擾整個(gè)發(fā)電廠，尤其是中性點(diǎn)過電壓，若出現(xiàn)問題，將會(huì)引發(fā)跳閘、停電后果，耽擱發(fā)電廠的正常工作。為規(guī)避上述故障的出現(xiàn)，我們既要攻克中性點(diǎn)間隙突然擊穿問題，又要強(qiáng)化一次與二次保護(hù)，確保變壓器穩(wěn)步運(yùn)行，降低不必要的損失。

1 變壓器中性點(diǎn)過電壓概述

過電壓形式包含雷電過電壓以及內(nèi)部過電壓。雷擊過電壓主要指代大氣過電壓，具體是雷擊經(jīng)由大氣在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生變化，經(jīng)由雷電線路改變，將其引至變電站，提升變壓器內(nèi)部的中性點(diǎn)電位，但變壓器入口位置的避雷器殘壓以及變壓器屬性影響變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生的最大雷擊。而內(nèi)部電壓是經(jīng)由電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行來產(chǎn)生過電壓，在常規(guī)條件，斷路器操作與不同類型的故障會(huì)改變電力系統(tǒng)基本參數(shù)，在電磁能量中出現(xiàn)轉(zhuǎn)換與傳遞，不斷提升電壓，產(chǎn)生內(nèi)部電壓。它主要包含操作過電壓與暫時(shí)過電壓，其中操作過電壓指代由操作與故障產(chǎn)生的瞬間電壓提升；暫時(shí)過電壓指代瞬間完成后產(chǎn)生的穩(wěn)定屬性電壓提升。

在中性點(diǎn)上，單相接地中性點(diǎn)過電壓以及斷路器非全相分合閘是內(nèi)部過電壓的基本表現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，將會(huì)引發(fā)三項(xiàng)不對(duì)稱運(yùn)行問題，使得變壓器中性點(diǎn)出現(xiàn)過電壓，當(dāng)變壓器出現(xiàn)單相接地時(shí)，其測斷器立即跳閘，進(jìn)而引發(fā)拒動(dòng)問題，提升過電壓，并臨近相壓值，此運(yùn)行模式會(huì)帶來爆炸后果。而非全相分合閘則是說待系統(tǒng)一向開關(guān)處于閉合狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)變壓器內(nèi)部的中性點(diǎn)過電壓等同于相電壓值，若是雙電源，同時(shí)電壓反相，那么中性點(diǎn)電位是兩倍相電壓。本文上述探討的問題通常不會(huì)出現(xiàn)，然而也存在出現(xiàn)的可能，因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)保護(hù)過程，我們應(yīng)認(rèn)真思考，合理防范。

2 中性點(diǎn)過電壓常用保護(hù)設(shè)備與方法

2.1 保護(hù)設(shè)備

2.1.1 保護(hù)間隙

在眾多保護(hù)設(shè)備中，保護(hù)間隙最為簡易，而棒棒間隙既能看作水平狀，還能看作垂直狀，主要包含兩個(gè)電極，且連接于被保護(hù)設(shè)備。當(dāng)保護(hù)間隙擊穿以后，產(chǎn)生工頻續(xù)流，經(jīng)由電動(dòng)力以及上升氣流影響產(chǎn)生電弧，存在熄滅的可能。若電系熄弧能力低下，則無法讓工頻電流穩(wěn)定熄滅。

2.1.2 避雷器

（1）金屬氧化物式

對(duì)于金屬氧化物式，其基本材料為氧化鋅，輔以氧化錳與氧化銻等，經(jīng)由1000℃以上高溫作用，最終成形。具有下述優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡易，保護(hù)效果優(yōu)良。因氧化鋅避雷器一般不選取串聯(lián)放電間隙，進(jìn)而不存在時(shí)延，當(dāng)電壓增加時(shí)，氧化鋅閥片便立即吸取過電壓能量，以此來進(jìn)一步約束過電壓；②通流容量偏大。因氧化鋅閥片內(nèi)部殘片特性電流規(guī)范分布，且分散性小，利用閥片并聯(lián)全面增強(qiáng)避雷器的綜合通流能力；③耐重復(fù)動(dòng)作性突出。氧化鋅避雷器不存在間隙，也不存在續(xù)流，當(dāng)遭遇雷擊時(shí)，對(duì)過電壓產(chǎn)生沖擊，此時(shí)，避雷器無需吸取續(xù)流能量，僅僅吸取沖擊能量，以此來降低避雷器的實(shí)際承受能力；④造價(jià)合理，經(jīng)濟(jì)、規(guī)范、合理。因此，目前，大部分電力系統(tǒng)在日常保護(hù)中均較為傾向氧化鋅避雷器。

（2）閥式

閥式避雷器包含普通與磁吹這兩種形式。閥式避雷器主要由非線性電阻以及放電間隙共同組成。為提升避雷器的保護(hù)效果，應(yīng)保證間隙不僅具有穩(wěn)定伏秒特性，而且還應(yīng)具備熄滅工頻續(xù)流性能，對(duì)應(yīng)閥片電阻為非線性，且小電阻經(jīng)由沖擊電流來展示，進(jìn)而確保壓降較低，滿足標(biāo)準(zhǔn)，待沖擊電流流經(jīng)后，閥片經(jīng)由電網(wǎng)工頻電壓表現(xiàn)出大電阻，進(jìn)而約束工頻續(xù)流保護(hù)。常規(guī)閥式避雷器主要在300℃條件下，針對(duì)結(jié)合劑進(jìn)行烤制操作，最終形成，也被稱作低溫閥片，對(duì)應(yīng)放電間隙通常由若干單個(gè)間隙一起串聯(lián)形成，若續(xù)流大于80A，則電極將發(fā)熱，對(duì)應(yīng)熱慣性變大，使得熱電子發(fā)射。當(dāng)電流歸零時(shí)，對(duì)應(yīng)電弧無法輕易熄滅。

2.2 保護(hù)方法

現(xiàn)階段，對(duì)110kV、220kV變電站而言，為有效控制單相接地產(chǎn)生的短路電流，迎合零序電流自身保護(hù)整定的具體配置要求，很多變壓器均以中性點(diǎn)不接地模式來完成運(yùn)行。在此種模式中，單相接地短路問題與雷擊事故等會(huì)引發(fā)中性點(diǎn)過電壓現(xiàn)象，危及相應(yīng)絕緣形成。因此，需配置適宜的保護(hù)裝置，進(jìn)而全面防治絕緣故障。

實(shí)際上一般應(yīng)結(jié)合具體情況來著手，選擇合理的保護(hù)方式，并協(xié)調(diào)二次保護(hù)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)相互促進(jìn)。在變電器中，常規(guī)條件下，中性點(diǎn)保護(hù)通常包含一次與二次保護(hù)，其中一次保護(hù)指代間隙保護(hù)與避雷器保護(hù)，也包括聯(lián)合保護(hù)，二次保護(hù)具體包含過電壓保護(hù)、過電流保護(hù)。當(dāng)中性點(diǎn)未真正接地與大氣過電壓時(shí)，不允許擊破避雷器動(dòng)作。但在此系統(tǒng)中，因故障產(chǎn)生工頻過電壓問題時(shí)，間隙零電流保護(hù)能夠及時(shí)切除變壓器。

3 中性點(diǎn)過電壓自身繼電保護(hù)改善策略

分析我國當(dāng)下電網(wǎng)運(yùn)行情況可知，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障時(shí)，在變壓器中，其中性點(diǎn)間隙會(huì)產(chǎn)生異常擊穿，所以，不僅要確保變壓器中性點(diǎn)自身工頻過電壓具有優(yōu)良的絕緣安全性，確保電流穩(wěn)定可靠，而且應(yīng)面向二次保護(hù)進(jìn)行提出合理措施。詳細(xì)來說，首先，當(dāng)220kV變壓器出現(xiàn)中性點(diǎn)過電壓現(xiàn)象，可啟動(dòng)間隙繼電保護(hù)舉措，以此來實(shí)現(xiàn)該機(jī)，提升應(yīng)用效果。具體是合理調(diào)節(jié)動(dòng)作時(shí)限，適當(dāng)增加側(cè)中性點(diǎn)間隙對(duì)應(yīng)的保護(hù)時(shí)限，待該線路出現(xiàn)異常時(shí)，便會(huì)引發(fā)單相跳開問題，也會(huì)出現(xiàn)非全相運(yùn)行，進(jìn)而形成負(fù)荷性零序電流，使得中性點(diǎn)間隙被擊穿，通常將保護(hù)時(shí)限控制在0.5s左右，便可將單相重合閘的具體時(shí)間調(diào)整在設(shè)立的時(shí)限中。

對(duì)110kV變壓器而言，在其間隙繼電保護(hù)內(nèi)部的動(dòng)作時(shí)限中，能夠把間隙零序電流保護(hù)實(shí)際動(dòng)作時(shí)限在1.5s，對(duì)于具體動(dòng)作時(shí)間能夠依據(jù)線路一級(jí)接地故障自身保護(hù)末端靈敏部位的實(shí)際動(dòng)作時(shí)間，并可預(yù)留充足的寬裕度。完成設(shè)定操作后，思量時(shí)限負(fù)荷反饋成果，保證供電線路內(nèi)部保護(hù)重合閘實(shí)際時(shí)間超過改時(shí)間，一般可設(shè)定為2s。

在分級(jí)絕緣變壓器方面，其中性點(diǎn)過電壓保護(hù)應(yīng)思量變壓器故障狀態(tài)與非全相運(yùn)行條件下對(duì)應(yīng)的工頻過電壓。在上述情形中，應(yīng)可借助氧化鋅避雷器，輔以并聯(lián)水平棒間隙，進(jìn)而達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

綜合來說，我們應(yīng)認(rèn)識(shí)到變壓器的重要作用，深入探究中性點(diǎn)過電壓問題，針對(duì)其一次與二次保護(hù)的不足，結(jié)合實(shí)際情況提出有效的解決對(duì)策，完全發(fā)揮一次與二次保護(hù)的作用，進(jìn)而全面預(yù)防跳閘與停電問題，確保變電器可穩(wěn)步、高效運(yùn)行。

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TM862

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1004-7344（2016）16-0074-02

2016-5-18

李偉（1980-），男，工程師，本科，主要從事電力系統(tǒng)變電設(shè)計(jì)工作。