110kV電力系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地方式分析

1、110kV 電力系統(tǒng)中變壓器中性點(diǎn)接地方式分析 摘 要：在我國， 110 kV 和電壓等級更高的電網(wǎng)普遍采用中性點(diǎn)有效接地方式，當(dāng)單相接地故障事故發(fā)生時(shí)，繼 電保護(hù)迅速跳閘解除故障。 介紹了 110 kV 變壓器中性點(diǎn)接地 方式及其保護(hù)配置，并結(jié)合實(shí)例分析了保護(hù)配置的必要性。關(guān)鍵詞：變壓器中性點(diǎn)；避雷器；零序保護(hù)；單相接地電流中圖分類口號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.05.145隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷增長，電力系統(tǒng)的建設(shè)越來越快，在 110 kV 和更高電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)中， 變壓器是生產(chǎn)電力 的主要設(shè)備，具有中性點(diǎn)的絕緣水平比三相端部出線

2、電壓等 級低的特點(diǎn)。但在一些變壓器中性點(diǎn)接地的電力系統(tǒng)中，接 地短路故障時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了變壓器的中性點(diǎn)絕緣。因 此，如何對大型變壓器實(shí)施中性點(diǎn)保護(hù)已成為人們需要解決 的問題。1 變壓器中性點(diǎn)接地方式1.1 變壓器中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 對于電源中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，如果發(fā)生某單相接地，另兩相電壓不變，這樣會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)的絕緣水平降低，此外，單相接地還會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，使保護(hù)裝置迅速準(zhǔn)確動(dòng) 作，從而提高保護(hù)的可靠性；電源中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)是 單相短路電流很大，且還能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定和干擾通訊線路 等，因此，要選擇容量較大的開關(guān)和電氣設(shè)備等。1.2 變壓器中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 對于變壓器中性點(diǎn)

3、不接地系統(tǒng)，由于限制了單相接地電流，所以，通訊的干擾較小，提高了供電的可靠性；變壓器 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，當(dāng)一相接地時(shí)，另兩相對地電 壓升高 1 倍，易使絕緣薄弱地方擊穿，進(jìn)而造成兩相接地短 路。1.3 我國 110 kV 變壓器中性點(diǎn)接地的方式 為了限制單相接地短路電流，滿足防止通訊干擾和繼電保護(hù)的整定配置等要求， 我國 110 kV 系統(tǒng)普遍采用 1臺變壓器中性點(diǎn)直接接地，其余變壓器的中性點(diǎn)以不接地的運(yùn)行方 式，即整體采用部分變壓器中性點(diǎn)接地方式。2 變壓器中性點(diǎn)過電壓及其保護(hù)2.1 變壓器中性點(diǎn)過電壓2.1.1 工頻過電壓 在操作系統(tǒng)或發(fā)生接地故障時(shí)，頻率等于工頻或接近工頻的高于系

4、統(tǒng)最高工作電壓的過電壓。2.1.2 諧振過電壓 在電力系統(tǒng)中，一些電感、電容元件在進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)，會(huì)形成各種振蕩回路，加之在一定的能源作用下， 會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過電 壓。2.1.3 操作過電壓 產(chǎn)生操作過電壓的原因是電力系統(tǒng)中的多數(shù)設(shè)備都是儲能元件，在斷路器或隔離開關(guān)開斷的過程中，儲存在電感 中的磁能和儲存在電容中的靜電場能量發(fā)生了轉(zhuǎn)換、過渡的 振蕩過程，進(jìn)而因振蕩而引起過電壓。操作過電壓的特點(diǎn)是 持續(xù)時(shí)間通常比雷電過電壓長，但比暫態(tài)過電壓短，一般在 數(shù)百微秒到 100 ms 之間。2.2 變壓器中性點(diǎn)保護(hù)的方式 變壓器中性點(diǎn)保護(hù)可采用間隙、避雷器和避雷器并

5、聯(lián)間隙三種方式。采用避雷器并聯(lián)間隙的方式較為常見。避雷器 并聯(lián)間隙的保護(hù)分工為：工頻、諧振和操作過電壓由間隙承 擔(dān)，雷電過電壓由避雷器承擔(dān)，并用間隙限制避雷器上可能 出現(xiàn)的過高幅值的工頻過電壓和過高的殘壓，避免發(fā)生危 險(xiǎn)。這種方式既可對變壓器中性點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，又能起到互為 保護(hù)的作用。2.3 變壓器中性點(diǎn)繼電保護(hù)的配置2.3.1 不接地零序 為了限制分級絕緣變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的中性點(diǎn)過電壓，應(yīng)在變壓器中性點(diǎn)裝設(shè)用于中性點(diǎn)直接接地和經(jīng)放電間隙接地的 2 套零序過電流保護(hù)。此外，還應(yīng) 增設(shè)零序過電壓保護(hù)，用于經(jīng)間隙接地的變壓器，并裝設(shè)反 應(yīng)間隙放電的零序電流保護(hù)和零序過電壓保護(hù)。2.3

6、.2 接地零序在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，如果變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，會(huì)引起變壓器過電流。因此，應(yīng)裝設(shè)零序過電流保 護(hù)，保護(hù)可由 2 段組成，其動(dòng)作電流與相關(guān)線路零序過電流 保護(hù)相配合。每段保護(hù)可設(shè) 2 個(gè)時(shí)限，并以較短時(shí)限動(dòng)作于縮小故障的影響范圍，或動(dòng)作于本側(cè)斷路器；以較長時(shí)限動(dòng)作于斷開變壓器各側(cè)的斷路器。具體保護(hù)過程如圖1 所示。3 案例分析3.1 系統(tǒng)的運(yùn)行方式 該油田地區(qū) 110 kV 系統(tǒng)接線以放射狀為主，以 220 kV變電站為電源點(diǎn)， 通過 110 kV 線路向各終端變電站輻射， 低 壓側(cè)無電源。該變電站的上級 220 kV 變電站為直接接地系 統(tǒng)，且要求下級系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)運(yùn)行

7、。該變電站采用避雷 器并聯(lián)放電間隙保護(hù)。110 kV 變電站的電源由上級 220 kV 變電站通過 151 線路提供，且與另外一座 110 kV 變電站有一聯(lián)絡(luò)線 152，采用開環(huán)運(yùn)行。站內(nèi) 2 臺主變并列運(yùn)行。主變 110 kV 側(cè)間隙零序定值為間隙 CT300/51.2 A/0.5 s跳主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。3.2 保護(hù)動(dòng)作根據(jù)上級 220 kV 變電站錄波記錄顯示，151 線路接地距離動(dòng)作開關(guān)0 s跳閘,1.2 s重合閘成功，故障錄波測距22.022 km,故障相為C相。經(jīng)現(xiàn)場勘查后發(fā)現(xiàn)，造成線路發(fā)生單相接地故障的原因是大型水鳥展翅使線路與橫擔(dān)間短路，為瞬時(shí)單相接地故 障。151 線路出口跳閘后

8、，線路故障應(yīng)自動(dòng)解除， 1.2 s 后重合閘，即可恢復(fù)正常供電。但因某種原因，151 線路出口跳閘后故障依然存在，變壓器中性點(diǎn)的零序電壓引起間隙擊 穿，間隙電流超過保護(hù)定值，零序過電流、過電壓同時(shí)動(dòng)作 跳閘，導(dǎo)致 2 臺主變高后備動(dòng)作跳三側(cè)開關(guān)。主變跳閘后接 地故障點(diǎn)解除后， 151 線路出口重合閘動(dòng)作成功。3.3 保護(hù)分析 由于該變電站以單電源供電的方式運(yùn)行，且低壓側(cè)并沒有并聯(lián)發(fā)電機(jī)，當(dāng)電源進(jìn)線發(fā)生瞬時(shí)單相接地故障時(shí)，上級變電站出口跳閘后故障應(yīng)自動(dòng)消除，下級變壓器中性點(diǎn)不應(yīng) 線路斷開后， 110 kV 系統(tǒng)變?yōu)椴唤拥叵到y(tǒng)，且該站進(jìn)線總長 為31 km，電容電流約為11 A，如果有電源存在，則

9、故障電被擊穿和保護(hù)跳閘。值得注意的是，上級變電站將弧將難以自動(dòng)熄滅，在短路電流過零、電弧熄滅后將重燃。由于電弧多次熄滅和重燃，導(dǎo)致系統(tǒng)對地電容多次不斷地積累和重新分配，在非故障相的電感一電容回路上引起高頻振 蕩過電壓。對于架空線路，弧光過電壓幅值一般可達(dá)相電壓的33.5倍。雖然該變電站沒有并聯(lián)發(fā)電機(jī)，但負(fù)荷多為異 步抽油電機(jī)，可通過變壓器反饋電能至故障點(diǎn)，從而為故障 點(diǎn)提供弧光接地短路電流。該站變壓器保護(hù)間隙距離為100 mm，放電電壓約為55.4kV， u50%=2+0.534 d（ kV）。110 kV 高壓繞組分級絕緣中性點(diǎn)的工頻耐受電壓為 95kV ，當(dāng)發(fā)生弧光接地過電壓時(shí)，間隙擊穿，

10、中性點(diǎn)經(jīng)間隙、弧光接地。間隙放電能夠有效保護(hù)變壓器 110 kV 中性點(diǎn)不被 高電壓擊穿放電。110 kV 中性點(diǎn)間隙擊穿后，單相接地短路電流增大。間隙零序電流6.6 A（ CT300/5的一次電流為396 A）大于整定值（72 A），保護(hù)啟動(dòng)，經(jīng)0.5 s的延時(shí)后，跳開主變?nèi)齻?cè)幵關(guān)。4 結(jié)束語 綜上所述，變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)配置和保護(hù)定值可滿足國家設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)和該電站的實(shí)際負(fù)荷情況，可在發(fā)生接地故 障時(shí)，及時(shí)、可靠地保護(hù)變壓器的安全和穩(wěn)定，避免設(shè)備被 高電壓損害，從而為企業(yè)創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益提供了 保障。參考文獻(xiàn)1 曹亞旭，邵鵬 .變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式分析 J. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，201

11、0，38（5）：115-118.2林耀洲，陳秀娟 .110 kV 和 220 kV 不接地運(yùn)行變壓器中性點(diǎn)保護(hù)方式J. 電網(wǎng)技術(shù)， 2012，36（4）：256-259.編輯：張思楠Abstract ： In China ， 110 kV and higher voltage powergrid commonly used effectively neutral grounding mode ， whenthe single phase to ground fault at the time of the accident ，quickly remove the fault relay protection tripping. This paperintroduces 110 kV transformer neutral grounding and protectionconfiguration ， combined w