220kV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓及保護(hù)分析

220kV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓及保護(hù)分析摘要：目前，對(duì)于我國(guó)110kV以及220kV等級(jí)變壓器，一般會(huì)使用部分中性點(diǎn)接地的方式進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行。在變壓器的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于受到某些因素的影響，很容易導(dǎo)致變壓器的中性點(diǎn)一直保持過(guò)電壓狀態(tài)，而這一問題會(huì)導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)的絕緣性能不斷降低，因此，必須加強(qiáng)對(duì)于變壓器中性點(diǎn)的過(guò)電壓保護(hù)和分析。本文分析變壓器在雷電過(guò)電壓下的繞組仿真模型，并通過(guò)對(duì)變壓器中性點(diǎn)受到線路上的入侵雷電波作用時(shí)的實(shí)際過(guò)電壓情況進(jìn)行仿真，闡述了110kV和220kV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓及保護(hù)。關(guān)鍵詞：變壓器；過(guò)電壓；保護(hù)目前，我國(guó)電力系統(tǒng)通常會(huì)使用避雷器并聯(lián)棒間隙的方式對(duì)系統(tǒng)變壓器中的中性點(diǎn)絕緣進(jìn)行保護(hù)，其運(yùn)行原理為：當(dāng)雷電波施加在變壓器時(shí)，變壓器中性點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作以保證中性點(diǎn)絕點(diǎn)不會(huì)受到損壞：而在系統(tǒng)產(chǎn)生單項(xiàng)接地故障時(shí)，中性點(diǎn)的棒間隙則會(huì)產(chǎn)生動(dòng)作使變壓器中性點(diǎn)不會(huì)受到電壓損壞。但是對(duì)于這種方式來(lái)說(shuō)，在運(yùn)行過(guò)程中并沒有對(duì)變壓器的過(guò)電壓情況進(jìn)行充分考慮，并因此可能使中性點(diǎn)在保護(hù)配合方面存在一定的缺陷，在實(shí)際使用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于配合不良而發(fā)生系統(tǒng)故障。其中，單相接地故障是經(jīng)常出現(xiàn)的一類故障.變壓器中性點(diǎn)棒間隙發(fā)生動(dòng)作，會(huì)使變壓器出現(xiàn)誤切除的情況，并因此出現(xiàn)變壓器甩負(fù)荷的問題。為此，需要對(duì)過(guò)電壓情況進(jìn)行研究與分析。一、變壓器中性點(diǎn)的過(guò)電壓過(guò)壓保護(hù)即為當(dāng)被保護(hù)線路的電源電壓高于一定數(shù)值時(shí)，保護(hù)器切斷該線路；當(dāng)電源電壓恢復(fù)到正常范圍時(shí)，保護(hù)器自動(dòng)接通。變壓器運(yùn)行時(shí)，如果電壓超過(guò)他的最大允許工作電壓，稱為變壓器的過(guò)電壓。過(guò)電壓往往對(duì)變壓器的絕緣有很大的危害，甚至使絕緣擊穿。1、 雷電過(guò)電壓。變壓器中性點(diǎn)上出現(xiàn)的最大雷電過(guò)電壓主要取決于變壓器入口處的避雷器殘壓和變壓器的特性，一般其過(guò)電壓值可按下式計(jì)算：式中：n為侵入雷電波的相數(shù)；Y為變壓器振蕩衰減系數(shù)，糾結(jié)式繞組取0.5,連續(xù)式繞組取0.8；Ub為變壓器入口處避雷器上的殘壓。變壓器中性點(diǎn)上的雷電過(guò)電壓以三相同時(shí)進(jìn)波最為嚴(yán)重，理論上會(huì)產(chǎn)生近兩倍入射波過(guò)電壓。實(shí)際上，由于鐵芯損耗等阻力作用，三相進(jìn)波時(shí)中性點(diǎn)上的雷電過(guò)電壓一般會(huì)低于理論值。2、 內(nèi)部過(guò)電壓。內(nèi)部過(guò)電壓指在電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下，由于斷路器操作和各類故障如接地、斷線等，使電力系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化，從而引起電磁能量的振蕩轉(zhuǎn)化和傳遞而出現(xiàn)的電壓升高。內(nèi)部過(guò)電壓分為操作過(guò)電壓和暫時(shí)過(guò)電壓兩類。反映在中性點(diǎn)上的內(nèi)部過(guò)電壓主要表現(xiàn)為發(fā)生單相接地時(shí)中性點(diǎn)過(guò)電壓和斷路器非全相分合閘造成中性點(diǎn)過(guò)電壓。1）單相接地中性點(diǎn)過(guò)電壓。單相接地故障造成三相不對(duì)稱運(yùn)行，在變壓器中性點(diǎn)上必然會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓。正常網(wǎng)絡(luò)發(fā)生單相接地故障時(shí)，系統(tǒng)允許其工作2h左右，在斷路器跳開單相接地故障之前，變壓器中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)過(guò)電壓計(jì)算公式為：其中：K=X0/X1，當(dāng)K=3時(shí)過(guò)電壓最嚴(yán)重。此時(shí)U0=0.35U，Ue取最高運(yùn)行線電壓。如果系統(tǒng)單相接地時(shí)接地變壓器側(cè)斷路器跳閘，不接地變壓器側(cè)斷路器拒動(dòng)，則系統(tǒng)形成局部不接地系統(tǒng)，此時(shí)的中性點(diǎn)過(guò)電壓值更高，其值近似為相電壓值，如在110kV變壓器中表現(xiàn)的中性點(diǎn)電位的穩(wěn)態(tài)值為73kV。這種非正常運(yùn)行狀態(tài)曾在不少地區(qū)出現(xiàn)，引起健全相及中性點(diǎn)避雷器爆炸。2）非全相分合閘過(guò)電壓。由于斷路器非全相分合閘造成中性點(diǎn)過(guò)電壓。當(dāng)系統(tǒng)一相開關(guān)合上或處于分?jǐn)辔恢玫臄嗦菲饕幌鄶嗫趽舸r(shí)，變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓值大小可近視為相電壓，在這種情況下相當(dāng)于變壓器電感L與線路線間電容并聯(lián)后再與線間零序電容構(gòu)成回路，如果參數(shù)匹配就會(huì)產(chǎn)生鐵磁諧振，在中性點(diǎn)上產(chǎn)生較高過(guò)電壓。如果是雙電源且兩個(gè)電源的電壓反相，則中性點(diǎn)的電位為兩倍相電壓，這種情況出現(xiàn)的概率非常少。由于現(xiàn)在斷路器都是連動(dòng)的，因此出現(xiàn)上述情形比較少，但在實(shí)際變電站運(yùn)行中曾出現(xiàn)過(guò)，在中性點(diǎn)過(guò)電壓保護(hù)的設(shè)計(jì)中也要給予考慮。二、 變壓器裝電過(guò)電壓微型目前，為了科學(xué)、合理的選擇變壓器中性點(diǎn)保護(hù)配合的參數(shù)，應(yīng)該綜合考慮棒間隙、工頻放電電壓以及避雷器放電電壓。然而，在具體的工作中，如果變壓器內(nèi)有雷電侵入，則很容易同時(shí)受到避雷器和變壓器繞組作用，而這一問題會(huì)導(dǎo)致中性點(diǎn)不能形成標(biāo)準(zhǔn)的雷電波形。除此以外，在中性點(diǎn)的電壓的作用下，棒間隙的放電電壓與標(biāo)準(zhǔn)的雷電波形也會(huì)出現(xiàn)一定的差異。因此，了科學(xué)、合理的選擇變壓器中性點(diǎn)保護(hù)配合的參數(shù)，還應(yīng)該考慮中性點(diǎn)的實(shí)際過(guò)電壓。當(dāng)研究雷電波侵入時(shí)變壓器中性點(diǎn)的過(guò)電壓時(shí)，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)規(guī)范和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，合理設(shè)計(jì)繞組模型。新時(shí)期，對(duì)于變壓器模型的相關(guān)研究已經(jīng)比較深入并取得了一定的成績(jī)，在模型的創(chuàng)建過(guò)程中，必須綜合考慮當(dāng)變壓器處于不同的電壓下的具體的作用方式。如果受到雷電波的影響，則針對(duì)電壓過(guò)程的模型也有很多種類。目前，變壓器廠家數(shù)量較多，而且由于技術(shù)水平、生產(chǎn)規(guī)范的差異，不同廠家生產(chǎn)的變壓器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)差異性較大，因此無(wú)法明確變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。在所有的模型設(shè)計(jì)中，鏈?zhǔn)侥Ｐ偷膽?yīng)用范圍比較廣泛。三、 變壓器中性點(diǎn)不設(shè)置緣裝器過(guò)電壓仿真計(jì)算通常情況下，在變壓器的入口處，往往會(huì)安裝避雷器，這樣有利于變壓器避免雷電襲擊造成損壞。在對(duì)避雷器進(jìn)行過(guò)電壓仿真計(jì)算的過(guò)程中，雷電波一般為500kV，而電壓波波動(dòng)時(shí)間一般為503，電壓器的參數(shù)一般設(shè)置為30MVA，通過(guò)仿真計(jì)算，可以得到中性點(diǎn)的實(shí)際電壓波形，如圖所示。通過(guò)對(duì)圖進(jìn)行詳細(xì)分析，可以發(fā)現(xiàn)，中性點(diǎn)的過(guò)電壓幅值大約為變壓器入口避雷器殘壓值的兩倍，另外，標(biāo)準(zhǔn)雷電波的波動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)。綜合考慮變壓器的實(shí)際容量，合理設(shè)置變壓器鏈?zhǔn)诫娙輩?shù)，然后通過(guò)計(jì)算分析，就可以確定：對(duì)于100kV變壓器，當(dāng)受到雷電波的侵入后，在中性點(diǎn)處，電壓波的波動(dòng)時(shí)間大約在23-503之間；當(dāng)受到單相雷電波的侵入時(shí)，電波的波動(dòng)時(shí)間大約在30-643之間。四、 中性點(diǎn)緣裝器裝電過(guò)電壓仿真計(jì)算如果變壓器不接地，則通常會(huì)將中性點(diǎn)與避雷器進(jìn)行連接，通過(guò)這一方式限制中性點(diǎn)過(guò)電壓，而此時(shí)，中性點(diǎn)的位置也會(huì)隨著過(guò)電壓的波形的變化而不斷發(fā)生改變。在系統(tǒng)中，如果變壓器受到三相雷電波的侵入，則在中心點(diǎn)處會(huì)出現(xiàn)過(guò)電壓，具體的波形以及模型如圖所示。如果變壓器不直接接地，而且其中性點(diǎn)與避雷器有效連接，則當(dāng)受到電波的作用時(shí)，避雷器會(huì)發(fā)生一定的動(dòng)作，除此以外，中性點(diǎn)的波形也會(huì)不斷發(fā)生改變，而過(guò)電壓的幅值也會(huì)不斷降低。由此可見，當(dāng)受到電壓的影響時(shí)，中性點(diǎn)間隙比較容易發(fā)生動(dòng)作。通常情況下，110kV變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓最大幅值大約為166kV，如果變壓器中有單相雷電波的侵入，則峰值會(huì)持續(xù)較長(zhǎng)一段時(shí)間，大約在50-663之間；如果變壓器中有三相雷電波的侵入，則峰值會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)一段時(shí)間，大約在170-1903之間。另外，220kV變壓器的中性點(diǎn)的過(guò)電壓最大幅值一般為290kV左右，如果變壓器中有單相雷電波的侵入，則峰值會(huì)持續(xù)42-603左右；如果變壓器中有三相雷電波的侵入，則峰值一般會(huì)持續(xù)140-1703左右。結(jié)論1、 對(duì)于110kV和220kV分級(jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓裝置，首先需要確保中性點(diǎn)的絕緣配合符合要求，然后再滿足繼電保護(hù)設(shè)備的要求。2、 當(dāng)變壓器在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于單相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變壓器的避雷器以及絕緣設(shè)備的工作壓力過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備受到損壞，所以，必須在變壓器的中性點(diǎn)設(shè)置一定的保護(hù)間隙。通過(guò)保護(hù)間隙的作用，可以有效保護(hù)變壓器中的避雷器和絕緣設(shè)備，避免其受到損壞。3、 在11kV變壓器中性點(diǎn)的避雷器選擇上，應(yīng)該選擇額定電壓110kV無(wú)間隙氧化鋅避雷器