110kV变电站防雷毕业论文

5 变压器中性点保护

5.1变压器中性点的过电压

雷电过电压即为通常所说的大气过电压，其原因是由雷击下引起电力系统变化所至。内部过电压主要是由于电力系统内部运行方式改变引起的过电压反映，其主要包括操作过电压和暂时过电压。变电站的中性点过电压产生也是基于上述原因，当变压器中性点不接地时反映在中性点上的过电压形式有：雷电过电压、内部过电压。

（1）雷电过电压

由于雷电波沿线路传入变电站或直接击中变电站内造成变压器中性点电位的升高，

变压器中性点上出现的最大雷击过电压主要取决于变压器入口处的避雷器残压和变压器的特性，一般雷击过电压值可按式5-1计算

Um?5n(1?r)Ub （5-1） 3式中 n—侵入波的相数；

r—变压器振荡衰减系数，对于纠结式绕组取0.5，连续式绕组取0.8； Ub—变压器入口处避雷器上的残压（或放电电压）； 由公式可知，三相同时进雷电波时过电压最高。 （2）内部过电压

在电力系统正常运行方式下，由于断路器操作和各类故障如接地、断线等，使得电

电力系统参数发生变化，从而引起电磁能量变化，从而引起电磁能量的振荡转化和传递而出现的电压升高，称为内部过电压。内部过电压分为两类，即：因操作和故障引起的瞬间（以毫秒计）电压升高，称为操作过电压；在瞬间完成之后出现的稳态性质的工频电压。反映在中性点上的内部过电压主要表现为发生单相接地时中性点过电压和断路器非全相分合闸造成中性点过电压。

单相接地中性点过电压

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单相接地故障造成三相不对称运行，在变压器中性点上必然会产生过电压。正常网络发生单相接地故障时，系统允许其工作2h左右，在断路器调开单相接地故障之前，变压器中性点产生过电压值大小与K=X0/X1有关，其中：X0为零序阻抗，X1为正序阻抗。由于电网各处X0/X1不容易准确提供，且有效接地系统网络一般K≤3，当K=3时过电压最严重。此时中性点稳态过电压公式计算为：U0=Ue×K（K+2）。当K=3时，U0=0.35Ue,Ue取最高运行线电压，如对于110kV及变压器，则U0=0.35×110×1.15=44.3kV。

系统单相接地时接地变压器侧断路器跳闸，不接地变压器侧断路器拒动，则系统形成局部不接地系统，此时的中性点过电压值更高，其值视近视为相电压值，如在110kV变压器中性点电位稳态值为73kV。这种非正常运行状态曾在不少地区出现，引起健全相及中性点避雷器爆炸。

非全相分合闸过电压

由于断路器非全相分合闸造成中性点过电压。当系统一相断口击穿时，变压器中性点过电压值大小可近视为相电压，在这种情况下相当于变压器电感L与线路间电容并联后再与线间零序电容构成回路，如果参数匹配就会产生铁磁谐振，在中性点上产生较高过电压；如果是双电源且两个电源的电压相反，则中性点的电位为两倍相电压，这种情况出现的概率非常小。由于现在断路器都是连动的，因此出现上述情况出现的概率非常少。由于现在断路器都是连动的，因此出现上述情形比较少，但在实际变电站运行中曾出现过，在中性点过电压保护设计中也要给予考虑。

综合上述中性点过电压分析，可列出各级变电站在各种过电压形式下的过电压稳态值汇总表，如

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表5-1 各级变电站中性点过电压大小（有效值）

变电站级别/kV 有效接地系统单构成局部中性点非全相分、合闸过相接地故障/kV 绝缘的单相接地电压/最大值/kV 故障 35 110 220 14 44.3 88.5 23 73 146 23/46 72/146 146/292

5.2中性点过电压的保护措施

对中性点的过电压保护应根据实际的具体情况选择最佳的保护方式，应与二次侧保护设备相互配合。一般而言，中性点保护包括过电压保护和继电保护。其中继电保护有：母线3U0过电压、间隙零序过电流、直接接地零序过电流；过电压保护分为：避雷器保护、间隙保护、避雷器保护与间隙联合保护。

中性点保护的作用有：

（1）中性点直接接地运行时，零序电流保护起作用，避雷器作后备保护（防止直接接地运行因故变成中性点不接地运行）；

（2）不接地运行时，在大气过电压或系统接地故障瞬态过电压下，避雷器动作；

（3）不接地运行时，系统故障引起工频过电压，棒间隙放电，同时间隙零序电流保护动作切除变压器，母线3U0过电压保护做后备。

根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的有关规定提出了保护配置意见：（1）对110kV有效接地系统中可能形成的局部不接地系统（如接地变压器误跳开关等原因引起等）、低压侧有电源的变压器不接地中性点应装设间隙保护；（2）经验算，如断路器因操作机构出现非全相和严重不同期产生的铁磁谐振过电压可能危及中性点为标准分级绝缘、运行中性点不接地110kV变压器中性点绝缘，宜在中性点装设间隙保护；（3）变压器中性点间隙值的确定应综合考虑：间隙标准雷电波动作值小于主变压器中性点的标准雷电波

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耐受值；因接地故障形成局部不接地系统时间隙应动作；系统以有效接地方式运行，发生单相接地故障时，间隙不应动作。

目前全国变电站对中性点所采取的过电压保护措施有：（1）采用阀式避雷器或氧化锌避雷器对中性点过电压进行保护；（2）采用棒-棒间隙配合保护装置来防止中性点过电压；（3）采用避雷器与间隙并联的形式对中性点过电压进行保护，这种方式目前用得最普遍。

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