變壓器中性點的運用及保護

李榮

【摘 要】本文主要介紹了中性點的接地方式，使用方法及運用于變壓器時的保護方式，中性點在電力系統的作用及其重要性。

【關鍵詞】電力系統；中性點；接地方式；保護

電力系統中性點是指星形連接的變壓器（或發電機）的中性點。中性點的運行方式涉及到絕緣水平、通訊干擾、接地保護方式、電壓等級、系統接線等方面。電力系統中變壓器中性點接地方式的選擇合適不合適，關系著電網能否安全運行。

一、中性點接地方式

（一）中性點直接接地

中性點直接接地系統，也稱大接地電流系統。這種系統中一相接地時，出現除中性點以外的另一個接地點，構成了短路回路，接地故障相電流很大，為了防止設備損壞，必須迅速切斷電源，因而供電可靠性低，易發生停電事故。但這種系統上發生單相接地故障時，由于系統中性點的鉗位作用，使非故障相的對地電壓不會有明顯的上升，因而對系統絕緣是有利的。

優點是絕緣方面減少了投資，因為在發生單相接地時，中性點電壓為零，非故障相電壓不升高，設備和線路對地電壓可以按照相電壓設計，從而降低了造價，減少了投資。缺點是供電可靠性較低：因為中性點直接接地系統發生單相接地時，短路電流很大，必須斷開故障電路，中斷對用戶的供電，故供電可靠性較低。單相短路電流很大，中性點直接接地系統發生單相短路時，相當于將電源的正負極直接短路，故短路電流很大，可能須選用大容量的開關，增加了投資。

（二）中性點經消弧線圈接地

中性點經消弧線圈接地系統發生單相接地故障時，接地電流與故障點的位置無關。由于殘流很小，接地電弧可瞬間熄滅，有力地限制了電弧過電壓的危害作用。繼電保護和自動裝置、避雷器、避雷針等，只能保護具體的設備、廠所和線路，而消弧線圈卻能使絕大多數的單相接地故障不發展為相間短路，發電機可免供短路電流，變壓器等設備可免受短路電流的沖擊，繼電保護和自動裝置不必動作，斷路器不必動作，從而對所在系統中的全部電力設備均有保護作用。

（三）中性點不接地

我國大部分6～10kV和部分35kV高壓電網采用中性點不接地運行方式。其主要特點是：當系統發生單相接地時，各相間的電壓大小和相位保持不變，三相系統的平衡沒有遭到破壞，因此，在短時間內可以繼續運行。但是，為了防止故障擴大，造成相間短路；或者單相弧光接地時，使系統產生諧振而引起過電壓，導致系統癱瘓，規定帶故障點運行時間不得超過2h，這樣較長時間帶故障點運行給生產和調度造成很大的壓力。

二、應用情況

我國110kV及以上電網一般采用大電流接地方式，即中性點有效接地方式（在實際運行中，為降低單相接地電流，可使部分變壓器采用不接地方式），包括中性點直接接地和中性點經低阻接地。這樣中性點電位固定為地電位，發生單相接地故障時，非故障相電壓升高不會超過1.4倍運行相電壓；暫態過電壓水平也較低；故障電流很大，繼電保護能迅速動作于跳閘，切除故障，系統設備承受過電壓時間較短。因此，大電流接地系統可使整個系統設備絕緣水平降低，從而大幅降低造價。

6～35kV配電網一般采用小電流接地方式，即中性點非有效接地方式。包括中性點不接地、高阻接地、經消弧線圈接地方式等。在小電流接地系統中發生單相接地故障時，由于中性點非有效接地，故障點不會產生大的短路電流，因此允許系統短時間帶故障運行。這對于減少用戶停電時間，提高供電可靠性是非常有意義的。

三、變壓器中性點保護

情況1：當系統發生接地故障，中性點接地的變壓器應裝設零序電流保護，可由兩段組成，每段各帶兩個時限，短時限動作于斷開母聯或分段斷路器，縮小故障影響范圍，長時限動作于斷開變壓器各側斷路器。

情況2：當系統發生接地故障，中性點接地的變壓器跳開后，電網零序電壓升高或諧振過電壓等都會危及中性點不接地的變壓器中性點絕緣。因此，中性點不接地的變壓器應裝設零序電壓保護或間隙零序電流保護。

（一）分級絕緣變壓器

大型變壓器是電力生產的核心設備，由于其成本較高，故在110kV及以上的中性點直接接地的電網中，多采用分級絕緣的變壓器。在實際運行中，部分變壓器的中性點是直接接地的。但還有部分變壓器的中性點不接地運行。所謂分級絕緣，就是變壓器的線圈靠近中性點部分的主絕緣，其絕緣水平比線圈端部的絕緣水平低。分級絕緣變壓器運行中應注意的問題：

1、分級絕緣變壓器中性點一定要加裝避雷器和防止過電壓間隙；

2、如果條件允許，運行方式允許，分級絕緣變壓器一定要中性點接地運行；

3、分級絕緣變壓器中性點如果不接地運行，中性點過電壓保護一定要可靠投入。

（二）變壓器中性點配置關鍵原則

（1）在雙母線運行時，應考慮當母聯開關跳閘后，保證被分開的兩個系統至少應有一臺變壓器中性點接地；

（2）變壓器中、低壓側有電源時，則變壓器中性點必須直接接地，以防止高壓側斷路器跳閘，變壓器成為中性點絕緣系統；

（3）發電機—變壓器—線路組的主變壓器中性點應保持接地運行。

（三）變壓器中性點過電壓的三種形式

（1）大氣過電壓

（2）單相接地故障引起的過電壓

（3）斷路器非全相分合閘引起的過電壓（主要表現為電網中斷路器的非同期重合閘、非全相動作、導線斷線等）

（四）變壓器中性點間隙保護的三種方式

可采用間隙、避雷器及避雷器聯合放電間隙3種方式。變壓器多采用避雷器聯合放電間隙的保護方式。放電間隙采用棒—棒間隙，避雷器多配置為氧化鋅避雷器。避雷器并聯間隙的保護分工是工頻、操作過電壓由間隙承擔，雷電、暫態過電壓由避雷器承擔，同時，又用間隙來限制避雷器上可能出現的過高幅值的工頻過電壓和過高的殘壓。這種方式既對變壓器中性點進行保護，又起到互為保護的作用。

（五）變壓器中性點間隙過流保護

放電間隙保護是由零序電壓和零序電流并聯組成，且電流定值比較靈敏，時間較短，沒有與其他保護配合的關系。在直接接地狀態時，如遇到外部故障，在中性點CT中就有零序電流流過，將造成間隙過流保護誤動。在經間隙接地狀態時，在發生接地故障時，在其他接地變跳開后，中性點零序電壓將升高，使間隙零序電壓保護動作。間隙擊穿后，零序電流動作，保護不接地變壓器的安全。間隙保護全稱為變壓器中性點間隙接地保護成套裝置。主要用于110KV和220KV變壓器中性點過電壓保護。

（六）變壓器零序電壓保護

中性點放電間隙是一種較為粗糙的設備，因其放電電壓受氣象條件、調整精度以及連續放電次數的影響可能出現該動作而不能動作的情況。為此，還應裝設零序電壓保護，作為放電間隙拒動時的后備保護。

四、結論

中性點的接地方式關系到整個電力系統運行的穩定性，而相關的保護配置與配合關系到變壓器設備的安全運行與絕緣。所以為了使電力系統安全穩定的運行，使我們有擁有一個堅強可靠的電力系統，我們還要繼續我們的探索與追求。

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