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变压器中性点过电压一次保护与二次保护分析

时间:2016-07-07 浏览:211

近年来,由于线路单相接地、系统非全相运行等故障,引起中性点间隙异常击穿和短时过电压,导致变压器跳闸、停电的事件时有发生。为了防范该类故障,不仅应解决变压器中性点间隙异常击穿的问题,而且应从变压器中性点二次保护方面采取补救措施。

  1中性点过电压的保护措施在110kV、220kV变电站中,为限制单相接地短路电流,满足零序电流保护整定配置的需要,部分变压器采用中性点不接地的运行方式。在该运行方式下,雷击、单相接地短路等故障可能会造成变压器中性点过电压,对中性点的绝缘造成威胁,需要对其引入保护设备,防止变压器绝缘故障的发生。

  对变压器中性点的过电压保护,应根据具体情况选择合理的保护方式,而且应与二次保护设备相互配合。通常,中性点保护包括一次过电压保护和二次继电保护,其中,一次过电压保护分为避雷器保护、间隙保护、避雷器与间隙联合保护;二次继电保护分为母线317.过电压、间隙零序过电流、直接接地零序过电流保护。变压器中性点直接接地运行时,零序电流保护起作用。变压器中性点不接地运行时,在大气过电压或系统接地故障瞬态过电压时,避雷器动作,棒间隙不应击穿;在系统故障引起工频过电压时,棒间隙放电,同时间隙零序电流保护动作切除变压器,间隙过电压保护作为后备保护。

  2中性点工频过电压的计算分析2.1单相接地故障根据节点电压法和电力系统故障分析的等值序网络理论,单相接地故障时,非接地运行变压器中性点对地电压即为所在母线的零序电压,而且故障点处的零序电压最高。因此,在变电站母线处接地故障时,变压器中性点工频过电压最高,其值为:压为接地系数,6=X0/X1(X0、X1分别为故障点的等值零序阻抗和正序阻抗)。般,有效接地系统是<3,当々=3时过电压最严重,此时中性点工频过电压Ug=0.在额定运行电压下,对于变压器110kV侧、220kV侧中性点工频过电压:Ug 2.2系统非全相运行断路器非全相分合闸,造成中性点过电压,当系统相开关合上或处于分位的断路器相断口击穿时,变压器中性点工频过电压的数值近似为相电压:系统单相运行相当于变压器电感与线路线间电容并联后再与线地间零序电容构成回路,如果参数匹配就会产生铁磁谐振,在中性点上产生较高过电压。如果是双电源而且2个电源的电压反相,则中性点的电压为2倍相电压,此为小概率事件。几种情况下变压器中性点工频过电压值,见表1.表1变压器中性点工频过电压kV主变压器电压等级中性点工频过电压值有效接地系统局部不接地单电源双电源单相接地故障系统单相接地非全相3中性点间隙异常击穿典型实例分析由于存在变压器中性点间隙一次保护与避雷器动作特性配合困难等技术局限性,以及电网负荷固有反馈效应的影响,在一次系统故障时,变压器中性点间隙异常击穿、短时工频过电压的情况偶有发生。第1种情况是接地故障中220kV或者110kV变压器中性点间隙异常击穿;第2种情况是110kV系统发生接地故障,系统侧跳开后,负荷侧反馈效应形成110kV变压器中性点短时工频过电压。这2种情况将分别造成中性点不接地运行变压器的间隙过电流、过电压保护动作,变压器不必要跳闸,甚至负荷损失,可能使系统零序后备误动作。

  2002年5月11日,某电厂带电误挂地线,造成1号母线故障跳闸,同时,3座变电站6台110kV变压器中性点间隙误击穿,1条线路零序保护误动作。利用,导致3号变压器高压侧中性点电压超过避雷器放电电压,在避雷器动作过程中,避雷器两端残压超过间隙击穿电压。

  线路接地故障或者雷击线路造成变电站变压器中性点间隙误击穿的情况在其它电网也有发生。末端变电站发生间隙误击穿的概率相对较大,与雷电波和暂态电压波不能被分流、反射波幅值较大有关。

  4中性点间隙继电保护动作时限调整策略从电网运行实践看,系统发生接地故障时,变压器中性点间隙异常击穿,以及负荷侧反馈造成的变压器中性点短时工频过电压无法彻底避免。在保证变压器中性点工频过电压绝缘安全和过电流热稳定安全的前提下,有必要在二次保护方面采取补救措施,适当延长间隙过电流保护动作时限,解决变压器不必要跳闸的问题。间隙过电压保护通过母线零序电压间接反映不接地变压器中性点的工频稳态电压,不受中性点暂态过电压和间隙误击穿的影响,动作时限不需要进行调整。

  4.1现行中性点间隙继电保护整定原则中性点间隙保护的动作时限不需要与系统其它保护配合。过电压保护的时限是为了躲过接地故障暂态过程的影响,间隙过电流保护动作后,则希望尽快地将间隙击穿的变压器从系统中切除。

  中性点不直接接地的220kV变压器,将其中性点间隙零序电流保护的启动电流整定为间隙击穿时有足够的灵敏度,一次电流一般取100120A,保护动作后延时0. 30.5s跳开变压器各侧断路器;中性点经放电间隙接地的220kV变压器的零序电压保护,其3认定值(3U0额定值为300V)―般整定为180V,0.河北电力技术变压器110kV中性点间隙零序电流保护的一次电流定值一般整定为40100A,保护动作后延时0.5s跳开变压器各侧断路器;零序电压保护,其3U.定值(317.额定值为300V)―般整定为150 180V,保护动作后延时0.30.5s跳开变压器各侧断路器。低压侧有小电源并网的变电站,0.2s跳开并网电源线路,0. 5s跳开变压器。

  ―2008变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范中220kV变压器零序电压保护的零序电压定值370定值固定为180V,时间固定为0.5s,间隙电流保护的电流定值固定为一次电流220kV变压器间隙继电保护动作时限流保护时限延长至1.5s,考虑到220kV线路单相故障两侧断路器单相跳开、非全相运行期间,负荷性的零序电流可能继续维持变压器中性点间隙击穿状态,该时限应躲过220kV线路单相重合闸时间(0.8s)。间隙过压保护仍然取0. 110kV变压器间隙继电保护动作时限中低压侧没有电源上网的系统。间隙零序电流保护动作时间整定为1.5s,具体动作时间可按照该变电站110kV线路上一级接地故障保护二段(末端有灵敏度段)保护动作时间,并留有一定裕度进行整定;间隙过压保护动作后延时1.5s,该时限考虑了负荷反馈效应衰减、短时过压返回的可能性。

  相应供电线路保护重合闸时间应大于该动作时限,可取2.中压或低压侧有电源上网的系统。间隙零序电流保护延时0.2s跳开中低压并网电源线,延时1.5s跳开变压器各侧断路器;零序过压保护0. 2s跳并网电源线路,1. 5s跳开变压器各侧断路器。

  4.4调整变压器间隙保护时限的范围由于变压器中性点间隙异常击穿和短时工频过电压情况不具有普遍性,延长间隙保护动作时限的措施考虑在发生过间隙异常击穿或发生过短时过电压的变压器,以及经过分析存在误间隙击穿风险的变压器上实施。如,220kV母线接地系数大于2.0,可能形成末端的220kV变电站;110kV接地系数大于2.5的110kV变电站。如果考虑不稳定击穿的情况,由于间隙零序过电流和间隙零序过电压将交替出现,则间隙保护需要采用间隙零序过电流与间隙零序过电压元件动作后相互保持的方式,间隙过电压保护则需要按照间隙过电流的时限整定。

  4.5延长间隙零序电流保护动作时限的影响对变压器热稳定的影响。对于220kV变压器,间隙过电流保护的动作时限由0. 5s延长至1. 5s,如果间隙在单相接地瞬间击穿,由于线路全线速动保护动作,故障切除前,在稳态电压下将维持较大工频续流约3个周波左右,故障切除后,变压器的零序电流与负荷电流相当。延长间隙保护动作时限,将增加变压器承受线路重合闸周期内(0.8s)负荷性零序电流和重合到永久故障的短时(3个周波左右)故障零序电流的冲击。变压器对称短路时的热稳定时间指标为2s,因此间隙过流保护动作时限为1.5s时,短时零序电流对变压器热稳定的影响没有超限。

  对变压器中性点间隙重复击穿的影响。中性点间隙击穿后,可能由于非全相运行期间负荷性的零序电流不能维持间隙电流而熄弧,也可能重复击穿。但重复击穿一般发生在中性点工频过电压作用下,单相接地故障切除后非全相运行时中性点工频仅为1/3相电压,并且间隙保护动作时间延长有限,不太可能显著增大间隙重复击穿的发生概率。

  对变压器中性点绝缘的影响。即使考虑上述间隙不稳定击穿的情况,间隙过压保护如上所述按照间隙过电流的时限整定,结果是中性点稳态过电压而间隙又不击穿时,变压器中性点承受过电压的时间由原来的0. 5s延长至1. 5s,而变压器及中性点工频耐受电压时间指标为1min,延时增加1s对绝缘的影响可以忽略。

  5结论河北省南部电网变压器中性点运行方式选择合理,接地系数满足大电流接地系统的规定,工频稳态过电压水平没有超过现有变压器间隙的承受能力。

  间隙误击穿是由于暂态电压波或者雷电波的作用下间隙与避雷器动作特性配合困难所致。

  由于变压器中性点一次保护方面存在局限性,以及负荷反馈形成变压器中性点短时过电压的存在,可以通过延长间隙过电流保护动作的动作时限,解决变压器不必要跳闸的问题。


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