淺談110kV主變中性點放電間隙的整定

張 維

（東華工程科技股份有限公司 安徽 合肥 230022）

0 引言

電力變壓器的安全運行關系到整個電力系統能否連續穩定地工作。其中性點接地方式，按照運行的需要大致可分為兩類：中性點有效接地和中性點非有效接地。在我國電力系統中，35kV電壓等級以下系統一般采用中性點非有效接地方式運行。110kV電壓等級以上系統，一般采用中性點有效接地方式運行，在這個系統中，為了保持系統零序阻抗不變，至少有一點是保持接地的，其它變壓器則通過放電間隙間接接地。而國產110kV變壓器一般采用分級絕緣結構，中性點絕緣有35kV、44kV、60kV等電壓等級。對于中性點不直接接地的分級絕緣變壓器，中性點保護一般采用放電間隙并聯氧化鋅避雷器。

本文通過分析棒間隙并聯避雷器保護的作用與分工，闡述了避雷器與棒間隙的配合使用對保護變壓器中性點絕緣的重要性和變壓器間隙保護整定的方法并且對存在的問題和原因做出分析，給出了保護整定配合改進的合理方案。

1 棒間隙并聯避雷器保護的作用與分工

棒間隙并聯避雷器保護的作用分工是：避雷器主要針對雷電過電壓；放電間隙主要針對在110kV有效接地系統中因故障形成局部不接地系統所產生的工頻過電壓，以及非全相運行和鐵磁諧振帶來的過電壓。這種方式既對變壓器中性點進行保護，又達到互為保護的目的。

在JB/T5894－91《交流無間隙金屬氧化物避雷器使用導則》中給出，中性點有效接地系統中分級絕緣變壓器，當其中性點未接地時，中性點避雷器的額定電壓應不低于變壓器的最高相電壓[1]。《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中給出：“應避免在110kV及220kV有效接地系統中偶然形成局部不接地系統，并產生較高的工頻過電壓，對可能形成這種局部系統、低壓側有電源的110kV及220kV變壓器不接地的中性點應裝設間隙”[2]。為滿足以上要求，避雷器額定電壓應不低于避雷器安裝點的暫時過電壓，避雷器的殘壓低于變壓器中性點沖擊耐受水平的85%，棒間隙的工頻放電電壓要低于避雷器的持續運行電壓，以保護避雷器不損壞。水平間隙間距的選擇應能保證：

1）因接地故障形成局部不接地系統時，間隙可靠動作；

2）系統以有效接地方式運行發生單相接地故障時，間隙不應動作。基于以上原則假設一變壓器中性點避雷器與棒間隙的配置如表1所示。

表1 變壓器中性點避雷器與棒間隙的配置

從上表中可以看出棒間隙與氧化鋅避雷器的電壓存在級差。氧化鋅避雷器的動作條件取決于過電壓的幅值和侵入波陡度，然而在實際系統中，會出現線路遭受雷擊，雷電波延線路到達變電站這一過程中，由于線路波阻抗減小了通過中性點避雷器的雷電流，降低了中性點過電壓幅值，同時導線沖擊電暈的影響削弱了侵入波的陡度，因此，避雷器的兩個動作條件沒有同時滿足，氧化鋅避雷器拒動。而間隙被擊穿的條件是過電壓幅值達到間隙的擊穿電壓即可。

由上可知，中性點不接地的分級絕緣變壓器，中性點間隙在抑制在110kV有效接地系統中因故障形成局部不接地系統所產生的工頻過電壓、非全相運行、鐵磁諧振過電壓的同時，也能在線路遭受雷擊時，雷電波沿線路侵入變電站到達變壓器中性點，產生較高的雷電過電壓，而這一過電壓又不能使避雷器動作，以降低中性點過電壓時，可以靠間隙擊穿來泄流，保護變壓器中性點絕緣不受損害。表明主變壓器中性點避雷器與棒間隙的配合使用可以有效保護變壓器中性點絕緣。

2 變壓器間隙保護整定和存在的問題原因分析

2.1 變壓器間隙電流保護整定

1）按照 DL/T 584－95《3～110kV 電網繼電保護裝置運行整定規程》中4.2.5.4條規定“110kV變壓器中性點放電間隙零序電流保護的一次電流定值一般可整定為40～100A，保護動作后帶0.3～0.5s延時跳變壓器各側斷路器。”[3]

4.2.5.5條規定“對中性點經放電間隙接地的半絕緣水平的110kV變壓器的零序電壓保護，其3U0定值一般整定為150～180V(額定值為 300V)，保護動作后帶 0.3～0.5s延時跳變壓器各側斷路器。”[3]

2）主變中性點過電壓保護設計的基本原則，在110kV有效接地系統中形成的局部不接地（如中性點接地變壓器誤跳閘）或低壓側有電源的不接地變壓器的中性點應裝設放電間隙和間隙過電流保護，間隙過電流保護在間隙放電時應及時切除變壓器。

變壓器中性點間隙值的選擇應滿足以下三個條件[3]：

①在系統有效接地方式下，躲過單相接地暫態電壓；

②中性點絕緣不會遭到過電壓損害，即間隙的標準雷電波動作值應小于變壓器中性點的標準雷電波耐受值；

③在系統失去接地中性點且發生單相接地故障時，間隙應動作放電。

在計算間隙值時，對③一般以正常或最低運行電壓下，單相接地時中性點穩態過電壓進行驗算；對于②則按暫態過電壓取1.6倍穩態過電壓峰值驗算間隙操作波沖擊放電電壓值，可保證足夠裕度。由上述計算確定間隙距離最大值。對條件①應以最高運行電壓Uxg驗算，并確定間隙距離最小值。實際計算中，中性點電壓U0一般取穩態過電壓進行驗算，計算公式如下：

系統 X X0/X1＜3，因此 取 0.6Uxg。

經計算，110kV中性點間隙距離可取110～135mm，220kV中性點間隙距離可取260～295mm。

2.2 以前經常發生110kV線路接地而主變間隙保護跳主變各側開關問題

1）如圖1：在110kV線路AB靠近B側發生接地故障時，A側的零序保護Ⅱ或Ⅲ段正確動作 （一般零序Ⅲ段動作的幾率大，因為經過渡電阻的接地的故障幾率更大，導致經過渡電阻的接地故障零序電流達不到零序Ⅱ段定值）。所以A側零序保護經過大于0.5s的時間動作切除故障，A側的接地距離和零序Ⅰ段不會動作。

2）而B站的1#主變1B間隙保護時限規程規定為≤0.5s，所以110kV AB線路A側開關跳閘前，B站的經過間隙接地的主變，間隙保護先跳主變各側開關。

3）以前為解決此矛盾采取將線路末端的主變間隙保護時限延長的方法，整定為≥1.5s。此辦法存在重大隱患（主變中性點過電壓損害主變絕緣），最嚴重的后果是燒損主變。

圖1 簡圖Fig.1 Simulation sketch

3 110 kV線路接地而跳主變各側開關問題的解決方案（保護整定配合的改進）

3.1 首先，將110kV電網系統的保護時限級差縮短為0.3s。如果原來時限級差為0.5s，那就一定要縮短為0.3s。

3.2 其次，在110kV線路保護中設接地距離Ⅱ段保護。對普通110kV線路，接地距離Ⅱ段可以按保靈敏度整定，本線路末端故障時應滿足如下靈敏系數的要求：

1）對50km以上的線路不小于1.3；

2）對20～50km的線路不小于1.4；

3）對20km以下的線路不小于1.5。

對于上下級線路為長短線路配合的關系，就不能簡單的按保靈敏度整定，為防止誤動，接地距離Ⅱ段要和下一級線路的Ⅰ段配合。接地距離Ⅱ段保護動作時限一般可以整定為0.3s，級差為 0.3s。

3.3 零序保護的動作時限級差也是0.3 s，這樣零序保護Ⅱ段的動作時限一般為0.3或0.6s。

3.4 將所有主變壓器間隙保護（包括間隙過電流和間隙過電壓）時限都整定為0.5s。以上的整定方法是符合《3～110kV繼電保護及安全自動裝置整定規程》要求的。實施了以上步驟后，AB線路再發生如圖1所示的接地故障，首先是A側接地距離Ⅱ段或零序保護Ⅱ段0.3s動作跳閘，而B站的1#主變1B間隙保護啟動后經過時限0.5s返回，解決了110kV線路接地而跳主變各側開關的問題。

本文通過闡述了避雷器與棒間隙的配合使用對保護變壓器中性點絕緣的重要性和變壓器間隙保護整定的方法。分析了110kV線路發生接地故障，而線路末端110kV主變間隙保護動作跳主變三側開關的原因，對110kV側系統有關保護整定存在的問題，從變壓器中性點間隙距離選擇、間隙電流保護整定配合等方面進行了研究分析，提出了可行的改進措施，提高了電網供電的可靠性。

［1］DL/T 620－1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].

［2］JB/T5894－91交流無間隙金屬氧化物避雷器使用導則[S].

［3］DL/T 584－953～110kV電網繼電保護裝置運行整定規程[S].

［4］王梅義.電網繼電保護應用[M].北京:中國電力出版社，2000.