330kV升压变压器中性点保护问题讨论

吕景顺,王寅仲,王 欣,彭 鹏

（甘肃电力科学研究院，兰州 730050）

330kV升压变压器中性点保护问题讨论

吕景顺,王寅仲,王 欣,彭 鹏

（甘肃电力科学研究院，兰州 730050）

0 引言

330 kV电压等级是我国西北地区电网特有的一个电压等级，是目前西北电网的主网架。这一电压等级的变压器在运行中有其自身的特点，如中性点的接地方式。在电网上运行的330kV变压器多为自耦式，其高压绕组末端即中性点部位的绝缘水平一般按35kV电压等级选取，即LI185AC85kV，运行中采用中性点直接接地方式。而对于发电厂升压变压器，中性点的绝缘水平一般按LI550AC230kV选取，运行中采用部分中性点直接接地方式。对于另一部分在运行中中性点不接地的330kV变压器，中性点的过电压保护问题和保护方式是一个值得探讨的问题。

1 接地方式和可能承受的过电压状况

1.1 系统运行中变压器中性点接地方式

我国电力系统接地方式分为2种:一种是不接地或经消弧线圈接地方式，另一种是有效接地方式。不接地或经消弧线圈接地方式主要应用于66kV及以下系统，由于变压器基本采用全绝缘，关于这类变压器中性点保护问题不在这里讨论。有效接地系统按电压等级分，主要有110kV、220kV、330kV、750kV、1000kV系统。对于750kV和1000kV系统，由于电压等级高，运行中要求每台变压器中性点均采用直接接地方式，不存在中性点过电压保护问题。对于500kV系统大部分变压器中性点采用直接接地方式，另一部分变压器中性点采用经接地电抗器接地，中性点保护问题与接地电抗器保护问题同时解决，也不在这里讨论。对于110kV、220kV和330kV系统，由于继电保护、系统稳定和限制单相接地短路电流等的需要，采用部分变压器中性点直接接地方式，另一部分变压器中性点不接地。对于这部分中性点不接地的110kV及220kV变压器，无论是电网还是发电厂升压变压器，中性点保护问题已在《关于变压器中性点保护间隙的讨论》一文中进行了研究[1]，这里也不再重复。电网上的330kV变压器运行中采用中性点直接接地方式，不存在中性点过电压保护问题。笔者主要讨论运行中中性点不接地的330kV发电厂升压变压器的中性点保护问题。

1.2 有效接地系统中部分中性点不接地变压器运行中可能承受的过电压

在正常运行状态下，无论是变压器中性点直接接地还是不接地，电位是很低的。但是在系统处于不对称运行状态下，中性点上产生较高电位，可能危及变压器中性点绝缘。

1.2.1 工频过电压和谐振过电压

1）有效接地系统发生单相接地故障，不接地变压器中性点上出现的工频暂态过电压可达0.6倍相电压，即0.6Um/；

2）偶然形式局部不接地系统，且有单相接地故障存在，这时中性点上工频暂态过电压达到相电压，即Um/；

3）有双侧电源的变压器，在非全相分、合闸时，由于两侧电源不同步，在变压器中性点上可能出现接近于2倍相电压，即2Um/的工频暂态过电压。

4）由于断路器操作机构故障，出现非全相或严重不同期时产生的铁磁谐振过电压。

1.2.2 操作过电压

由于断路器操作，在变压器首端出现的操作过电压传递到中性点，这类过电压一般幅值较低，对变压器中性点绝缘的危害较小。

1.2.3 雷电过电压

发电厂升压变压器一般不会遭受雷电直击，主要是雷电侵入波过电压，且在不接地变压器中性点上可能形式全反射。

2 变压器中性点绝缘水平

为了降低变压器成本，在高压、超高压和特高压系统中，电力变压器基本都采用分级绝缘的方式。

2.1 现行标准对变压器中性点绝缘水平的要求

GB 311.1—1997《高压输变电设备绝缘配合》[2]和DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中[3]，对分级绝缘的变压器中性点的绝缘水平要求见表1和表2。

在表1和表2中，330kV电压等级变压器中性点的绝缘水平要求不相同，原因是DL/T 620—1997第

表1 分级绝缘的电力变压器中性点绝缘水平 kV

表2 电力变压器、高压并联电抗器中性点及其接地电抗器选用的耐受电压 kV

3.1.1 中要求:110kV及220kV系统中，变压器中性点直接或经低阻抗接地，部分变压器中性点也可不接地。330kV及500kV系统中，不允许变压器中性点不接地运行。这一条与西北330kV电网实际运行情况不符。

2.2 甘肃电网现运行的330kV变压器中性点现状

电网上运行的330kV变压器均为自耦式，中性点绝缘水平为LI185AC85kV或LI325AC140kV，均采用直接接地方式运行。发电厂330kV升压变压器均为两绕组，高压绕组中性点绝缘水平按LI550AC230kV选取，采用Y1W5—210/440型避雷器加间隙保护方式保护。

甘肃西固热电厂原110kV主变中性点采用避雷器加间隙保护方式，曾发生过8次避雷器爆炸事故；220kV电压等级变压器国内也发生过多起中性点事故。如2002年至2004年，广东东莞电网相继发生了4次变压器中性点事故。330kV升压变压器中性点保护原理应与其相同。

3330 kV升压变压器中性点保护方式选择

3.1 不使用避雷器保护的原因

避雷器仅能用于限制持续时间短的过电压，如雷电和切空变引起的过电压，而不能用于限制持续时间较长的过电压，如工频过电压和谐振过电压，否则会出现避雷器爆炸现象[4]。对于2.2中采用的金属氧化物避雷器，其持续运行电压只有166kV，当出现1.2.1中所述的各种暂态过电压时，这一型号的避雷器将会发生爆炸。如果选用持续运行电压较高的避雷器，由于其残压也会相应抬高，对变压器中性点绝缘又起不到保护作用。而选用距离合理的放电间隙，不仅在工频和谐振过电压下，而且在雷电过电压下同样能对330kV变压器中性点起到保护作用。因此，合理的间隙是330kV变压器中性点过电压保护最佳的选择[5]。

3.2 间隙保护的原则和方案

有效接地系统中中性点不接地的330kV发电厂升压变压器的中性点保护间隙距离的选择原则：

1）因接地故障形成局部不接地系统，在工频稳态、暂态过电压下，间隙应可靠动作，决定间隙最大距离[6]；

2）系统以有效接地方式运行发生单相接地故障，在工频稳态、暂态过电压下，间隙应不动作，决定间隙最小距离[7]；

3）间隙标准雷电波动作电压应低于变压器中性点绝缘标准雷电波耐受值。

对于有效接地系统，发生单项接地后，不接地的变压器中性点零序电压按下式计算：

式中，Ue为系统运行相对地电压；K为系统不平衡系数（K=X0/X1）,在这类系统中最大取3。在取K=3时,U0=0.6Ue。

330 kV变压器中性点保护间隙距离的选择:

3） 标准雷电波校核间隙距离S为290mm

笔者所提间隙放电电压均为标准条件下的放电电压值。

4 结语

变压器中性点过电压保护问题是一个并不太复杂的问题，只是由于中性点在正常运行中处于相对比较宽松的电压条件下，且只有在几种故障组合时，才有可能出现危及其绝缘的过电压，实际中,由于中性点绝缘损坏而导致变压器故障的概率相对较低。但是这类绝缘故障一旦出现，同样会使整个变压器受到很大损害。因此对系统运行中部分中性点不接地的变压器中性点必须进行保护，尤其是330kV变压器已属于超高压等级。采用合理的保护间隙来保护330kV变压器中性点绝缘认为是最为可靠和简便易行的方案。

[1]吕景顺,王寅仲.关于变压器中性点保护间隙的讨论[J].甘肃电力技术,2006(2):42-46.

[2]GB 311.1-1997高压输变电设备绝缘配合[S].

[3]DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护与绝缘配合[S].

[4]彭向阳,钟定珠，李谦，等.主变压器中性点保护间隙保护问题分析与建议[J].南方电网技术研究,2005,1(2):39-43.

[5]杨勇,郑晶晶.甘肃330kV、220kV电网电磁环网解环研究[J].电网与请洁能源，2009,25(6):11-13.

[6]王昭,吴磊,刘瑞丰,等.青海桃园330kV变电所接入系统与甘青断面330kV电网解环探讨[J].电网与请洁能源，2008,24(6):12-14.

[7]张艳霞,范雪峰.330kV与220kV电磁环网解环研究[J].电网与请洁能源，2008,24(3):37-40.

Discussions on Protection Methods for Neutral Point of the 330kV Step-up Transformer

LV Jing-shun,WANG Yin-zhong,WANG Xin,PENG Peng
（Gansu Electric Power Research Institute,Lanzhou 730050,Gansu Province,China）

In this paper, thewriter looks intodifferent grounding methods for neutralpoints, the types and levels ofthe over- voltages of the 330kVstep- up transformers. Based on the analysis, he proposes the protection method and concretes chemes for the neutral points. A reasonable protection gap as proposed turns out to be an easy and reliable solution for protection of the neutral point insulation of the 330 kV trans former.

neutral point of transformer;step-up transformer;effective grounding;protective gap

描述并分析了甘肃电网330kV发电厂升压变压器中性点接地方式及所承受的过电压种类和水平，提出这类变压器中性点保护方法，并给出了具体保护方案:采用合理的保护间隙保护330kV变压器中性点绝缘的方案较可靠,也简便易行。

变压器中性点；升压变压器；有效接地；保护间隙

国家863计划项目(2007AA04Z423)。

1674-3814（2010）01-0045-03

TM421

A

2009-09-07。

吕景顺（1962—），男，高级工程师，从事高电压技术；

王寅仲（1942—），男，高级工程师，从事高电压技术；

王 欣（1964—），女，高级工程师，从事化学技术；

彭 鹏（1975—），男，工程师，从事高电压技术。

（编辑 秦 奋）