肖康樂，崔 石

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 主變壓器中性點保護分析

變壓器是電力生產的核心設備，電網發(fā)生的所有類型的故障中，數量上有八成以上為接地短路故障。一般來說，通過中性點進行直接接地的變壓器故障可以通過一些現象得以反映，如常規(guī)故障中的高壓繞組、接地短路等情況。正因為故障點可以明確反映，許多大型變壓器采用中性點直接接地的方式，對主保護、相鄰母線等提供后備保護支持。電網運行的整個過程，應盡量不少于一臺主變中性點接地。但是零序電流的大小與接地點的數目有密切關系，接地點的多少直接影響變壓器的零序阻抗。要保持穩(wěn)定性，方便零序電流保護的整定，系統的零序阻抗不能隨意變更。當有兩臺變壓器的中性點直接接地，而僅選用其中一臺進行保護定值整定并進行配備計算時，就勢必會產生一定的零序電流，即分流現象，由此會使得零序電流值與整定值存在偏差，造成保護失效。

一般情況下，主變壓器接地的中性點要達到一臺或一臺以上，才能起到較好的保護作用。假設主變壓器中性點未進行接地設置，那么當變壓器線路發(fā)生接地故障的情況下，就會造成電網對側線路開關跳閘，而當零序網絡發(fā)生阻塞，零序電流沒有通路，那么接地保護就會失去效用。

當電網對側線路上的開關跳閘以后就會造成升壓站系統電流的顯著變化，大電流接地系統即時轉變?yōu)樾‰娏鹘拥叵到y，形成故障相電壓下降以及非故障相電壓升高，而即使電網對側線路開關在接地保護的作用下斷開，也會形成以上電流變化的過程。這種情況一旦發(fā)生將會對電廠整體升壓站系統絕緣造成直接損害。而線路側的跳閘也極易形成甩負荷現象，造成發(fā)動機轉子運轉短時間內嚴重超速，并且使得系統頻率增大，系統電壓加大。因此，主變壓器中性點接地運行的設置在整個保護作用發(fā)揮中十分關鍵，進行接地運行設置可以避免以上情況的發(fā)生，否則極有可能對系統絕緣造成嚴重損傷。

沙河電站有兩臺75 000 kVA主變壓器，按照兩臺變壓器來整定，如果一個退出檢修，零序阻抗也將隨之發(fā)生較大變化，保護定值也重新計算。如果按一臺變壓器來整定，雖然可以方便主變壓器的投退，但中性點同時接地可能在兩臺變壓器并列時因飄移點差異進而形成環(huán)流的情況。為了解決這個矛盾，沙河電站主變壓器按照規(guī)定僅能有一臺進行中性點接地操作。

由此也帶來另一個問題，即當系統接地故障發(fā)生時，中性點接地變壓器會隨之跳開，那么零序電壓的升高以及諧振過電壓兩種情況都會造成主變中性點的絕緣。因此，基于主變系統保護的角度思考，中性點保護裝置對于系統應用十分重要。

2 沙河電站變壓器中性點保護設置

沙河電站變壓器的中性點保護設置中，避雷器通過棒-棒間隙的方式進行聯合，并且配備氧化鋅避雷器。下面結合沙河電站具體情況對該保護方式及原理進行介紹。

2.1 變壓器中性點過電壓產生

實際應用過程中變壓器中性點過電壓的反映呈現出多樣化的特征，單相接地、大氣、斷路器非全相分合閘等都會造成過電壓的現象。其中大氣過電壓以感應雷和直擊雷為最常見的反映，一旦主變感應到侵入就會反映在中性點電壓的變化上，形成過電壓。當前沙河電站的變壓器線路已形成全架空地線保護，直擊雷機會很??；而中性點過電壓形成的主要因素與電網斷路器非同期重合閘、非全相動作、導線斷線等因素直接相關。

2.2 放電間隙作用與不足

對于放電間隙來說，其主要的優(yōu)點就在于簡單的構造、穩(wěn)定的系統運行、低密度的維護工作量，并且實際應用操作中可以對變壓器起到較好的保護作用。然而它客觀存在的間隙參數確定困難、滅弧能力差、較大的放電分散性和工頻續(xù)流等缺點也較為明顯。另外當不對稱接地短路現象發(fā)生并對系統造成沖擊時，持續(xù)時間較長，諧波對繞組絕緣的影響也客觀存在。

2.3 避雷器作用與不足

避雷器主要優(yōu)勢在于非線性伏安特性將使得殘壓在時間上相對平穩(wěn)，陡坡響應良好，通流量較大，并沒有續(xù)流，動作響應速度快，避免了滅弧與間隙擊穿現象發(fā)生的同時降低對主變的沖擊。然而其難以實現工頻過電壓保護、較高工頻電壓耐受差等缺點也依然存在，甚至有可能造成避雷器本身的損壞。這就要求避雷器在使用過程中，需進行定期的檢查、維護及試驗，大大的增加了維護量。

2.4 沙河電站中性點保護設置

綜合以上原因沙河電站采用避雷器與間隙保護并聯的保護措施。如此安裝避雷器將進一步完成過電壓的保護工作，間隙設置可以對高幅值工頻的過電壓與高殘壓現象進行規(guī)避，通過配置可以使得避雷器和間隙各自運行且形成互補，避免雷電以及暫態(tài)過電壓造成的系統傷害。間隙對工頻及操作等形成的過電壓進行控制，避雷器對雷電及暫態(tài)過電壓進行控制，且間隙與避雷器之間的互補作用可以較好地控制避雷器上過高幅值的工頻與過電壓、殘壓的產生。沙河電站中性點保護裝置作用下，當中性點的電壓升高到一定的電壓值，間隙首先動作進而使電壓降低，無須避雷器動作，降低因避雷器頻繁動作對使用壽命的影響，同時也是對變壓器中性點的保護措施。

當前許多電站在安裝主變壓器時，對中性點放電間隙的安裝多以垂直安裝的方式為主，而實際應用結果也顯示出垂直安裝的方式存在許多缺陷。當天氣狀況欠佳時，雨水等會對間隙的距離產生干擾，使其失去保護效用，進而影響主變運行安全。沙河電站主變壓器放電間隙的安裝改變了以往常用的垂直安裝方式，以水平安裝的方式進行，如圖1所示。

圖1 沙河電站主變壓器中性點放電間隙的安裝方式

2.5 變壓器中性點間隙過流保護

沙河電站主變壓器中性點以放電間隙與避雷器相結合的方式進行保護，如果出現接地故障，變壓器中性點將產生零序電壓升高以及電源側斷路器分合閘間隙放電等情況，威脅主變壓器的運行安全。所以想單方面通過間隙控制是存在缺陷的，另外電流通過放電間隙的時間也不應過長。因此，沙河電站為了避免由于工頻過電壓造成中性點絕緣的產生，充分利用電流互感器的作用，形成變壓器中性點放電間隙零序過電流的保護（簡稱“間隙保護”）。

沙河電站采用的是主變零序過流保護與間隙保護共用一組電流互感器（簡稱“CT”)，如圖2所示。主變零序電流保護繼電器與間隙過流保護繼電器的動作定值、接地電流性質均存在差異，二者電流線圈以串接的方式連接在中性點接地的CT上。間隙過流分段發(fā)展特性使其時間、電流幅值呈現出隨機、諧波分量大的特征。

圖2 中性點保護圖

3 變壓器中性點的運行操作注意事項

3.1 中性點接地閘刀操作

主變充電、并列、解列、零升前需要首先對主變中性點閘刀進行關閉操作。對于其高壓側來說，這樣操作可以避免在開關動作時產生的過電壓對主設備造成損傷。當運行方式變化需要對不同的中性點接地閘刀進行倒換操作時，就需要首先將未接地的一方進行關閉，接著再開啟接地的一方，需要特別注意的是操作過程中應當盡量減少未接地與接地閘刀并列操作的時間。上述做法的好處是，當電網接地故障發(fā)生時，以上操作可以防止由于單相接地短路造成的短時間電流大幅增大，也更大程度地拓展了零序保護范圍，降低越級跳閘風險的發(fā)生。同時還應當注意并防止閘刀分流作用對并列接地的兩臺變壓器靈敏度的影響，零序保護靈敏度降低可能形成保護拒動情況的發(fā)生。

3.2 相關二次壓板的對應關系

在進行主變中性點接地閘刀操作的過程中，還需要進行二次壓板的操作。二次壓板操作的保護作用發(fā)揮能夠在一定程度上提高操作精準度。操作過程按照以下規(guī)則進行，運行中性點直接接地變壓器過程中要先進行保護跳閘壓板“零序過流”1LP4投入，“間隙過流”1LP5退出，并保持操作的連續(xù)性，否則容易造成“間隙過流”跳閘壓板因保護定值較小而形成誤動。主變中性點接地閘刀拉開過程中進行保護跳閘壓板“間隙過流”1LP5投入，“零序過流”1LP4退出。需要注意的是，盡管從保護定值角度來看，“零序過流”大于“間隙過流”，但“間隙過流”電流不穩(wěn)定的特性易在電流變化中觸動“零序電流”出口，進而對正確判斷故障原因及故障排查造成影響。

4 中性點的操作中一、二次的配合問題

通過分別闡述中性點接地閘刀、二次壓板的操作關鍵點，明確了操作規(guī)程。本節(jié)主要分析二者之間的配合問題，通過對充電運行中主變停役的講解進行操作配合先后順序的分析。

假設主變中性點接地閘刀為分閘，且保護壓板處于“間隙過流”1LP5投入，“零序過流”撤出的狀態(tài)，就需要在操作當中先對主變中性點接地閘刀進行關閉操作，步驟如下：第一步投入“零序過流”1LP4壓板；第二步關閉中性點接地閘刀；第三步取下“間隙過流”1LP5壓板；第四步拉開主變壓器220 kV開關。如果未按以上步驟順序進行操作，第一步和第三步順序顛倒將會造成安全隱患。

具體原因分析如下：如果在中性點接地閘刀合閘前就取下“間隙過流”保護壓板1LP5，使其處于退出狀態(tài)，保護出口被封閉的同時接地閘刀尚未合閘，就會形成220 kV系統接地故障，產生零序電流。此時就需要依靠其他保護裝置，擴大了事故范圍。如果合閘后“間隙過流”保護壓板1LP5未退出，由于其保護定值較小，容易產生誤動作。因此選擇先投入“零序過流”1LP4壓板就是為了防止在操作期間，如果由于接地等原因產生零序過流，“間隙過流”保護由于某種原因未動作，“零序過流”1LP4壓板又未投入而無法響應，就會擴大保護裝置的觸動范圍，造成事故范圍的擴大。因此應盡可能地按照正確步驟進行操作，其他操作情況的邏輯關系與之類似，這里就不在贅述。

5 結論

本文以沙河電站為例，分析了主變中性點保護的原理和設置，并對運行中主變中性點的操作注意事項進行了說明，從隱患規(guī)避的角度出發(fā)，提出中性點操作的正確方法與步驟，最大限度地降低操作隱患的發(fā)生。