[发明专利]一种主变压器中性点过电压保护装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种变压器保护装置，特别涉及一种主变压器中性点过电压保护装置。 

背景技术

110kV、220kV是供电网络的主要电压等级，由于继电保护整定配置及防止通讯干扰等方面的要求，为了限制单相短路电流，其中有部分变压器采用中性点不接地方式。在这种运行方式下，由于雷击、单相接地短路故障等会造成中性点过电压，而且变压器大多是分级绝缘，因此过电压对中性点的绝缘造成很大威胁，必须对其设置保护装置防止事故发生。 

110kV、220kV系统正常运行时为有效接地系统，部分主变压器不接地，中性点过电压不高，发生单相接地故障时如果部分主变构成的局部系统解列为非有效接地系统甚至不接地系统的异常运行工况，可能会出现不接地系统常见的弧光接地、铁磁谐振等危险的过电压，主变压器中性点的避雷器不能耐受，要求采用棒间隙保护，由于棒间隙不能长时间耐受短路电流，须由棒间隙的放电电流延时启动继电保护切除失地的变压器，棒间隙的放电电压具有统计特性，分散性较大，放电时有截波过电压，棒间隙在放电过程中的烧损会使间隙的放电特性发生变化。 

对于分级绝缘变压器中性点过电压保护，采用避雷器加并联棒间隙的配置方式，其两者的配合原则是：避雷器承担雷电过电压和正常运行工况的操作过电压保护，当系统发生单相接地故障及开关重合闸过程中棒间隙不应放电动作，避雷器的冲击残压应小于棒间隙冲击放电电压下限；只有当系统失地的异常工况，且出现系统非全相运行或谐振故障时，棒间隙应可靠动作，保护变压器中性点绝缘及线端设备的绝缘，防止避雷器爆炸；避雷器不能耐受超过其额定电压的工频过电压，棒间隙的工频放电电压上限需小于避雷器的额定电压；这种保护原则的出发点是以避雷器作为正常运行工况下雷电和操作过电压的主保护，而棒间隙作为后备保护，一旦出现异常工况，棒间隙放电保护避雷器。但棒间隙的放电电压本身具有统计特性，并且受间隙几何结构以及气象因素的影响很大，上述的理想配合难度大，配合不好会导致棒间隙在正常运行工况的接地故障时放电，尤其在雷电天气时频繁放电，将导致系统零序参数的变化，给继电保护的整定带来不确定因素，可能使继电保护发生不正常动作；棒间隙频繁放电对棒极头部的烧损会改变间隙的放电特性，需要更换维护。 

这种配合方式在雷电天气时棒间隙经常在正常系统接地工况下发生放电，究其原因：1）避雷器额定电压高，冲击残压大；2）棒间隙距接地体距离太近，冲击放电电压受空间电容影响大，冲击放电系数低，正极性操作波放电电压的降低尤其明显；3）棒间隙放电分散性大，受气候因素影响大，大雨天气水平棒间隙的工频放电电压下降5～10%。 

110、220 kV系统不能在失地的异常工况下长时间运行，220kV变压器中性点的棒间隙的工频放电电压应介于87kV和121kV 之间，前者是系统有效接地的正常工况下发生单相接地故障时中性点可能出现的最高短时工频过电压稳态有效值，后者是线端80%避雷器工频耐受能力对应的中性点电压值；为避免间隙频繁放电，一般采用增大间隙距离的方式，但棒间隙工频放电电压的上限须与延时动作的中性点零序过电压保护配合，满足线端避雷器不能老化的要求。即：发生单相接地时，线端避雷器承受的工频过电压不能超过避雷器额定电压的1.1倍，对应的中性点电压即为棒间隙工放上限。 

常用的220kV=中性点避雷器Y1.5W144/320型额定电压144kV接近系统失地时的中性点最大工频过电压稳态值（145kV），满足变压器中性点的绝缘配合要求，但额定电压高，残压高，与棒间隙的配合很不理想。目前与避雷器并联的220kV中性点棒间隙一般推荐为290mm，工频放电电压范围为104~125kV ，上限超过220kV线端避雷器的工频耐受极限水平（220kV线端避雷器是按照80%线电压原则选取的，额定电压为200kV，中性点电压121kV时线端电压220kV，为避雷器额定电压的1.1倍），间隙取值已经较高。即使如此，避雷器的雷电残压仍大于棒间隙的雷电冲击放电电压，144 kV避雷器的1.5kA残压为320 kV，290mm棒间隙的负极性雷电冲击放电电压上限约250kV，正极性约230kV，操作冲击正极性放电电压更低，间隙在避雷器雷电和操作残压下的放电是大概率事件，这是目前运行的220kV变压器中性点棒间隙频繁放电的主要原因。