文摘：傳統(tǒng)的分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)是按氧化鋅避雷器加水平棒間隙配置的，在運(yùn)行中未能取得令人滿意的效果。鑒于此，通過實(shí)例分析，提出了分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)的有效途徑。

產(chǎn)110kV干式變壓器一般采用分級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，中性點(diǎn)絕緣35kV、44kV、60kV。根據(jù)原家標(biāo)準(zhǔn)GB311 83 《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》和現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620 1997 《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》，雷電全波耐受電壓和截止耐受電壓分別為180千伏、250千伏和325千伏。短時(shí)工頻耐受電壓有效值分別為85kV、95 kV和140kV。為了限制單相接地短路電流，防止通信干擾，滿足繼電保護(hù)整定配置要求，大多數(shù)110千伏干式變壓器分級(jí)絕緣中性點(diǎn)不直接接地。

當(dāng)雷電波侵入中性點(diǎn)不接地的干式變壓器中性點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)以單相接地和不完全相運(yùn)行，特別是當(dāng)干式變壓器的勵(lì)磁電感與線對(duì)地電容發(fā)生諧振時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較高的雷電過電壓或工頻穩(wěn)態(tài)過電壓，威脅分級(jí)絕緣干式變壓器的中性點(diǎn)，甚至損壞絕緣。因此，分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)通常采用FZ#-#40避雷器或氧化鋅避雷器加平行水平棒間隙。然而，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，這種保護(hù)方法未能取得令人滿意的效果，還有許多問題有待探討。本文將結(jié)合實(shí)例全面分析這種配置模式給系統(tǒng)運(yùn)行帶來的一些問題。

1次運(yùn)行案例分析

1998年6月24日11時(shí)55分，110千伏柴貴線40號(hào)塔附近遭雷擊。根據(jù)中山電力工業(yè)局雷電定位系統(tǒng)，雷電流幅值達(dá)到負(fù)極性54.3千安，并回?fù)羧?，造成柴桂線(中山柴油機(jī)發(fā)電二廠)短線路接地距離段保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘并重合閘成功。但與此同時(shí)，110千伏系統(tǒng)瞬時(shí)單相接地和雷電波侵入環(huán)城站1號(hào)主變壓器中性點(diǎn)，造成橫杠間隙放電擊穿，造成110千伏黃桂線(環(huán)城站側(cè))零序段保護(hù)動(dòng)作，開關(guān)跳閘(重合閘保護(hù)未合閘)，造成110千伏環(huán)城站和半福站失壓。

事故發(fā)生后，發(fā)現(xiàn)110kV五桂山站、環(huán)城站主變壓器中性點(diǎn)(不接地運(yùn)行)水平桿間隙(110mm)被放電擊穿，中性點(diǎn)氧化鋅避雷器(Y1W-55/140型)動(dòng)作。顯然，根據(jù)當(dāng)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行方式和故障錄波圖的分析，110千伏黃桂線零序段保護(hù)動(dòng)作是由于環(huán)城站主變壓器中性點(diǎn)水平棒間隙放電擊穿，改變了系統(tǒng)零序阻抗參數(shù)。根據(jù)繼電保護(hù)任務(wù)，根據(jù)事故模式計(jì)算出較大零序電流，約為12 A，高于其設(shè)定值7A，無法避免零序故障電流，導(dǎo)致110千伏黃桂線(環(huán)城站)側(cè)開關(guān)跳閘。事故發(fā)生時(shí)，110千伏柴貴線五桂山站側(cè)零序保護(hù)未投入運(yùn)行，否則也發(fā)生類似情況。

分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)采用氧化鋅避雷器和平行水平棒間隙的配置方式。兩者的配合原則是：避雷器負(fù)責(zé)雷電過電壓保護(hù)，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障和開關(guān)單相重合閘時(shí)，橫杠間隙不應(yīng)放電；只有當(dāng)系統(tǒng)失去接地，系統(tǒng)運(yùn)行在非開路相或發(fā)生諧振故障時(shí)，水平桿間隙才能可靠地起作用，保護(hù)干式變壓器中性點(diǎn)的絕緣 #p#分頁標(biāo)題#e#

a)在防雷方面，以Y1W-55/140氧化鋅避雷器為例，在額定放電電流1 kA下，其雷電沖擊剩余電壓為109 kV，考慮主變壓器中性點(diǎn)較小35kA沖擊絕緣水平，其絕緣保護(hù)裕度系數(shù)為1.51。而110 mm橫條間隙50%的運(yùn)行沖擊放電電壓(峰值)約為110 ~ 120 kV，受雷電環(huán)境閾值分散系數(shù)影響，更接近避雷器的沖擊殘壓水平，可能導(dǎo)致避雷器運(yùn)行，橫條間隙放電擊穿，特別是雷擊輸電線路時(shí)，造成系統(tǒng)瞬時(shí)單相接地，繼電保護(hù)誤動(dòng)。據(jù)近三年運(yùn)營(yíng)事故統(tǒng)計(jì)，中山電業(yè)局類似情況出現(xiàn)了六次之多。

b)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)會(huì)發(fā)生各種暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)過電壓。氧化鋅避雷器與橫杠的間隙一般不應(yīng)動(dòng)作，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明配合方案不符合門檻要求。110mm橫條間隙的工頻放電電壓約為58.4kV(有效值)。根據(jù)中山電業(yè)局幾次事故的故障錄波圖和過電壓理論分析，主變壓器中性點(diǎn)實(shí)際工頻過電壓應(yīng)低于此值，但110mm橫條間隙仍有放電擊穿。由于用作間隙的棒的直徑不同，而且間隙棒頭沒有經(jīng)過技術(shù)老化，完全有可能其工頻放電電壓低于研究獲得的測(cè)量值，導(dǎo)致棒間隙頻繁動(dòng)作，增加了實(shí)際運(yùn)行中繼電保護(hù)誤動(dòng)的可能性。

2分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方式

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620 1997 《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》，分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)方法可分為兩種：

a)對(duì)于有效接地系統(tǒng)中中性點(diǎn)不接地的干式變壓器，應(yīng)在中性點(diǎn)處安裝雷電過電壓保護(hù)裝置，并選擇干式變壓器中性點(diǎn)處的金屬氧化物避雷器。

中性點(diǎn)絕緣60kV的干式變壓器，選用帶串聯(lián)間隙的HY1.5W5-72/186復(fù)合護(hù)套氧化鋅避雷器或HY1C4-73/175復(fù)合護(hù)套氧化鋅避雷器，雷電過電壓下的安全裕度系數(shù)可達(dá)1.6左右。并且由于避雷器的額定工作電壓較高，足以保證系統(tǒng)單相接地故障導(dǎo)致工頻電壓上升時(shí)避雷器不會(huì)移動(dòng)

對(duì)于中性點(diǎn)絕緣為35 kV，44kV電壓等級(jí)的干式變壓器，選用 HY1C4-60/134型復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器，其雷電過電壓下的安全裕度因數(shù)為1.2以上，該型避雷器工頻放電電壓(有效值)不小于95kV，因此，可較長(zhǎng)時(shí)間承受中性點(diǎn)處工頻過電壓而不發(fā)生誤動(dòng)作。

取消加并聯(lián)水平棒間隙的保護(hù)方式，可避免因水平棒間隙頻繁動(dòng)作造成繼電保護(hù)誤動(dòng)的可能性，減少了不必要的停電損失，也提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定和供電可靠性。

b)對(duì)可能形成系統(tǒng)失地且低壓側(cè)有電源的分級(jí)絕緣干式變壓器不接地的中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)間隙。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時(shí)該間隙應(yīng)動(dòng)作;系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時(shí)間隙時(shí)間隙不動(dòng)作。間隙距離的選擇除應(yīng)滿足上述兩項(xiàng)要求外，還應(yīng)兼顧雷電過電壓下保護(hù)干式變壓器中性點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)絕緣的要求。#p#分頁標(biāo)題#e#

分級(jí)絕緣干式變壓器帶故障失地及開關(guān)非全相操作所產(chǎn)生的工頻過電壓有可能危及干式變壓器中性點(diǎn)絕緣，避雷器因通流容量不足難以限制這種工頻過電壓。因此，必須采用棒間隙保護(hù)。對(duì)于中性點(diǎn)絕緣為60kV 絕緣等級(jí)，采用140mm 水平棒間隙保護(hù)，其雷電沖擊保護(hù)比和操作沖擊保護(hù)比均有足夠的裕度，且滿足過電壓規(guī)程的技術(shù)要求。但對(duì)于90雷暴日左右的多雷區(qū)域，雷過電壓使水平棒間隙頻繁動(dòng)作導(dǎo)致主干式變壓器失壓或繼電保護(hù)誤動(dòng)的問題得不到有效的解決。筆者認(rèn)為采用HY1C4-73/175型復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器并聯(lián)與之配合，能收到較好的效果。該型避雷器的工頻放電電壓(有效值) 95kV，1.2/50 s沖擊放電電壓(峰值120kV)，工頻耐受電壓不小于(有效值)73kV，而140mm 間隙的工頻放電電壓上限值71kV，沖擊放電電壓下限值129kV，足見其配合是可行的。使用水平棒間隙保護(hù)時(shí)應(yīng)加裝間隙零序保護(hù)，即在棒間隙接地端串有TA作為零序信號(hào)抽取，當(dāng)水平棒間隙擊穿放電時(shí)，帶時(shí)限切斷干式變壓器開關(guān)，防止截波作用危及干式變壓器層、匝間絕緣或其它運(yùn)行設(shè)備。

對(duì)于中性點(diǎn)絕緣為35kV，44kV電壓等級(jí)的干式變壓器，其標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波和截波分別為 180 kV，250 kV，取絕緣老化累積因數(shù)0.85，則干式變壓器中性點(diǎn)沖擊耐受水平約 153kV，若采用120mm 水平棒間隙，其沖擊放電電壓上限值為154.7kV，因此，必須加氧化鋅避雷器承擔(dān)外過電壓?？紤]水平棒間隙動(dòng)作的擊穿電壓值受大氣環(huán)境條件的影響及其它因素，根據(jù)理論計(jì)算，選用125mm水平棒間隙與并聯(lián) HY1C4-60/134 型復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器配合的方式，較為適宜。棒間隙的配置，可使用 16mm 圓鋼，端部半球形，表面加工細(xì)致無毛刺并安裝時(shí)進(jìn)行加電壓技術(shù)老煉，提高運(yùn)行后數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這一點(diǎn)非常重要。

3結(jié)論

a)以往對(duì)于分級(jí)絕緣干式變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)，采用避雷器與水平棒間隙的配置方式，由于參數(shù)配合困難，存在不足之處，給系統(tǒng)運(yùn)行帶來一些問題。

b)110kV 系統(tǒng)不失地時(shí)，中性點(diǎn)不接地的分級(jí)絕緣干式變壓器，可在中性點(diǎn)裝設(shè)相應(yīng)技術(shù)參數(shù)的氧化鋅避雷器。

c)對(duì)可能形成系統(tǒng)失地且低壓側(cè)有電源的分級(jí)絕緣干式變壓器不接地的中性點(diǎn)，采用合理的水平棒間隙與并聯(lián)復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器配合方式較為適宜。

d) 使用水平棒間隙保護(hù)時(shí)應(yīng)加裝間隙零序保護(hù)，有利于防止因間隙擊穿放電的截波作用危及干式變壓器層、匝間絕緣或其它運(yùn)行設(shè)備。