110千伏分级绝缘干式变压器中性点过电压保护的

文摘：传统的分级绝缘干式变压器中性点过电压保护是按氧化锌避雷器加水平棒间隙配置的，在运行中未能取得令人满意的效果。鉴于此，通过实例分析，提出了分级绝缘干式变压器中性点过电压保护的有效途径。

产110kV干式变压器一般采用分级绝缘结构，中性点绝缘35kV、44kV、60kV。根据原家标准GB311 83 《高压输变电设备的绝缘配合》和现行行业标准DL/T620 1997 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，雷电全波耐受电压和截止耐受电压分别为180千伏、250千伏和325千伏。短时工频耐受电压有效值分别为85kV、95 kV和140kV。为了限制单相接地短路电流，防止通信干扰，满足继电保护整定配置要求，大多数110千伏干式变压器分级绝缘中性点不直接接地。

当雷电波侵入中性点不接地的干式变压器中性点时，系统以单相接地和不完全相运行，特别是当干式变压器的励磁电感与线对地电容发生谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，威胁分级绝缘干式变压器的中性点，甚至损坏绝缘。因此，分级绝缘干式变压器中性点过电压保护通常采用FZ#-#40避雷器或氧化锌避雷器加平行水平棒间隙。然而，运行经验表明，这种保护方法未能取得令人满意的效果，还有许多问题有待探讨。本文将结合实例全面分析这种配置模式给系统运行带来的一些问题。

1次运行案例分析

1998年6月24日11时55分，110千伏柴贵线40号塔附近遭雷击。根据中山电力工业局雷电定位系统，雷电流幅值达到负极性54.3千安，并回击三次，造成柴桂线(中山柴油机发电二厂)短线路接地距离段保护动作，开关跳闸并重合闸成功。但与此同时，110千伏系统瞬时单相接地和雷电波侵入环城站1号主变压器中性点，造成横杠间隙放电击穿，造成110千伏黄桂线(环城站侧)零序段保护动作，开关跳闸(重合闸保护未合闸)，造成110千伏环城站和半福站失压。

事故发生后，发现110kV五桂山站、环城站主变压器中性点(不接地运行)水平杆间隙(110mm)被放电击穿，中性点氧化锌避雷器(Y1W-55/140型)动作。显然，根据当时系统运行方式和故障录波图的分析，110千伏黄桂线零序段保护动作是由于环城站主变压器中性点水平棒间隙放电击穿，改变了系统零序阻抗参数。根据继电保护任务，根据事故模式计算出较大零序电流，约为12 A，高于其设定值7A，无法避免零序故障电流，导致110千伏黄桂线(环城站)侧开关跳闸。事故发生时，110千伏柴贵线五桂山站侧零序保护未投入运行，否则也发生类似情况。

分级绝缘干式变压器中性点过电压保护采用氧化锌避雷器和平行水平棒间隙的配置方式。两者的配合原则是：避雷器负责雷电过电压保护，系统发生单相接地故障和开关单相重合闸时，横杠间隙不应放电；只有当系统失去接地，系统运行在非开路相或发生谐振故障时，水平杆间隙才能可靠地起作用，保护干式变压器中性点的绝缘 #p#分页标题#e#

a)在防雷方面，以Y1W-55/140氧化锌避雷器为例，在额定放电电流1 kA下，其雷电冲击剩余电压为109 kV，考虑主变压器中性点较小35kA冲击绝缘水平，其绝缘保护裕度系数为1.51。而110 mm横条间隙50%的运行冲击放电电压(峰值)约为110 ~ 120 kV，受雷电环境阈值分散系数影响，更接近避雷器的冲击残压水平，可能导致避雷器运行，横条间隙放电击穿，特别是雷击输电线路时，造成系统瞬时单相接地，继电保护误动。据近三年运营事故统计，中山电业局类似情况出现了六次之多。

b)系统发生单相接地时，分级绝缘干式变压器中性点会发生各种暂态或稳态过电压。氧化锌避雷器与横杠的间隙一般不应动作，运行经验表明配合方案不符合门槛要求。110mm横条间隙的工频放电电压约为58.4kV(有效值)。根据中山电业局几次事故的故障录波图和过电压理论分析，主变压器中性点实际工频过电压应低于此值，但110mm横条间隙仍有放电击穿。由于用作间隙的棒的直径不同，而且间隙棒头没有经过技术老化，完全有可能其工频放电电压低于研究获得的测量值，导致棒间隙频繁动作，增加了实际运行中继电保护误动的可能性。

2分级绝缘干式变压器中性点过电压保护方式

根据电力行业标准DL/T620 1997 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，分级绝缘干式变压器中性点过电压保护方法可分为两种：

a)对于有效接地系统中中性点不接地的干式变压器，应在中性点处安装雷电过电压保护装置，并选择干式变压器中性点处的金属氧化物避雷器。

中性点绝缘60kV的干式变压器，选用带串联间隙的HY1.5W5-72/186复合护套氧化锌避雷器或HY1C4-73/175复合护套氧化锌避雷器，雷电过电压下的安全裕度系数可达1.6左右。并且由于避雷器的额定工作电压较高，足以保证系统单相接地故障导致工频电压上升时避雷器不会移动

对于中性点绝缘为35 kV，44kV电压等级的干式变压器，选用 HY1C4-60/134型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器，其雷电过电压下的安全裕度因数为1.2以上，该型避雷器工频放电电压(有效值)不小于95kV，因此，可较长时间承受中性点处工频过电压而不发生误动作。

取消加并联水平棒间隙的保护方式，可避免因水平棒间隙频繁动作造成继电保护误动的可能性，减少了不必要的停电损失，也提高了电力系统稳定和供电可靠性。

b)对可能形成系统失地且低压侧有电源的分级绝缘干式变压器不接地的中性点应装设间隙。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作;系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时间隙时间隙不动作。间隙距离的选择除应满足上述两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护干式变压器中性点标准分级绝缘的要求。#p#分页标题#e#

分级绝缘干式变压器带故障失地及开关非全相操作所产生的工频过电压有可能危及干式变压器中性点绝缘，避雷器因通流容量不足难以限制这种工频过电压。因此，必须采用棒间隙保护。对于中性点绝缘为60kV 绝缘等级，采用140mm 水平棒间隙保护，其雷电冲击保护比和操作冲击保护比均有足够的裕度，且满足过电压规程的技术要求。但对于90雷暴日左右的多雷区域，雷过电压使水平棒间隙频繁动作导致主干式变压器失压或继电保护误动的问题得不到有效的解决。笔者认为采用HY1C4-73/175型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器并联与之配合，能收到较好的效果。该型避雷器的工频放电电压(有效值) 95kV，1.2/50 s冲击放电电压(峰值120kV)，工频耐受电压不小于(有效值)73kV，而140mm 间隙的工频放电电压上限值71kV，冲击放电电压下限值129kV，足见其配合是可行的。使用水平棒间隙保护时应加装间隙零序保护，即在棒间隙接地端串有TA作为零序信号抽取，当水平棒间隙击穿放电时，带时限切断干式变压器开关，防止截波作用危及干式变压器层、匝间绝缘或其它运行设备。

对于中性点绝缘为35kV，44kV电压等级的干式变压器，其标准雷电冲击全波和截波分别为 180 kV，250 kV，取绝缘老化累积因数0.85，则干式变压器中性点冲击耐受水平约 153kV，若采用120mm 水平棒间隙，其冲击放电电压上限值为154.7kV，因此，必须加氧化锌避雷器承担外过电压。考虑水平棒间隙动作的击穿电压值受大气环境条件的影响及其它因素，根据理论计算，选用125mm水平棒间隙与并联 HY1C4-60/134 型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器配合的方式，较为适宜。棒间隙的配置，可使用 16mm 圆钢，端部半球形，表面加工细致无毛刺并安装时进行加电压技术老炼，提高运行后数据的准确性，这一点非常重要。

3结论

a)以往对于分级绝缘干式变压器中性点过电压保护，采用避雷器与水平棒间隙的配置方式，由于参数配合困难，存在不足之处，给系统运行带来一些问题。

b)110kV 系统不失地时，中性点不接地的分级绝缘干式变压器，可在中性点装设相应技术参数的氧化锌避雷器。

c)对可能形成系统失地且低压侧有电源的分级绝缘干式变压器不接地的中性点，采用合理的水平棒间隙与并联复合外套式串联间隙氧化锌避雷器配合方式较为适宜。

d) 使用水平棒间隙保护时应加装间隙零序保护，有利于防止因间隙击穿放电的截波作用危及干式变压器层、匝间绝缘或其它运行设备。