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110和220 kV不接地运行变压器中性点保护方式

时间:2016-07-07 浏览:281

 为限制单相接地短路电流,防止通信干扰和继电保护的整定配置等要求,在110、220kV中性点有效接地系统中,部分变压器中性点常采取不接地运行方式。在运行过程中,变压器中性点会承受雷电、合/分闸操作、单相接地(不失地或失地)和非全相运行过电压等过电压的作用,这些过电压可能会对变压器中性点绝缘造成损害,需采取保护措施。

  目前,110、220kV变压器中性点保护措施主要有:单一间隙、单一金属氧化物避雷器(metaloxidearrester,MOA)、间隙与金属氧化物避雷器并联保护、小电抗。间隙易造成同塔双回线路停运事故,避雷器在工频过电压下比较危险,间隙与避雷器并联保护方式存在绝缘配合困难,小电抗对变电站设备改造较多等问题,亟需探索新的变压器中性点保护方式。

  本文对变压器中性点过电压进行仿真计算,给出危及变压器中性点绝缘的过电压,简述变压器中性点现有保护方式及存在的问题。最后提出一种新型可控间隙和避雷器并联保护方式,对新型保护方式的结构型式、工作原理和控制策略进行详细阐述,并对该方式的有效性进行模拟试验验证。

  L回制C3 1变压器中性点过电压能承受雷电、合/分闸操作、单相接地不失地、单相接地且失地过电压和非全相运行过电压等过电压的作用。本文选取典型110、220kV变电站,对上述过电压进行仿真计算,结果见表1.表1110、220kV变压器中性点过电压系统电压过电压变压器中性点过变压器中性点绝等级/kV类型电压最大值/kV缘水平/kV雷电合/分闸操作单相接地(稳态)不失地失地单相接地不失地(暂态)失地非全相运行雷电合/分闸操作单相接地不失地(稳态)失地单相接地不失地(暂态)失地非全相运行注:1、2、3分别对应于110kV变压器中性点绝缘等级35、44、受的雷电、单相接地且失地和非全相运行过电压均可能超过其中性点绝缘水平,需要采取保护措施。2变压器中性点现有保护方式目前,110、220kV变压器中性点保护方式主要有:间隙、避雷器、间隙与避雷器并联、小电抗。

  间隙是一种结构简单、低成本且比较可靠的保护装置,有较好的耐工频性能,在工程中已经得到广泛应用。北京、广东、深圳、吉林等地区的110、220kV变压器中性点常采用间隙保护。然而,常用的棒间隙均采用分体安装,存在距离调节不准、同心度差的缺点。间隙在电弧作用后,电极烧蚀,距离发生变化,以及气象条件都会影响棒间隙的放电电压等电气性能。在实际运行中,还常出现由间隙误动引起的输电线路停运事故。增大主变中性点间隙距离,可以减小雷电过电压和有效接地系统暂态电压下间隙闪络的概率。然而这种措施不能完全解决间隙误动的问题,过大的间隙的距离反而对保护主变压器中性点绝缘本身不利。

  避雷器在理论上可以保护变压器中性点绝缘,但在系统单相接地且失地或非全相运行时,系统工频过电压持续时间长,避雷器通流能力有限,易发生损坏或爆炸。

  间隙与避雷器并联保护方式由于避雷器保护水平、间隙动作特性与变压器中性点的绝缘水平之间的配合要求苛刻,实现非常困难。

  小电抗既可以提高系统安全运行水平,又具有降低变压器中性点绝缘水平从而获得可观经济效益的作用;但该方法对变电站设备改造较多,更适用于新建变电站。

  针对间隙、避雷器、避雷器与间隙并联、小电抗等传统保护方式存在的不足,本文提出一种新型可控间隙与避雷器并联保护方式。

  3新型可控间隙与避雷器并联保护方式3.1结构型式可控间隙与避雷器并联保护方式的结构如所示。避雷器B可采用标准变压器中性点用避雷器参数。可控间隙由固定间隙G与控制间隙K串联组成,固定间隙为复合羊角型间隙,控制间隙为单相真空开关。由于固定间隙和控制间隙自身的电容值均很小且不稳定,两者之间的电压分配易受外界条件的干扰,无法获得确定的数值,于是采用电容均压回路和C2分配2个间隙之间的电压。

  为给控制间隙的控制回路提供电压输入信号,与控制间隙并联的电容器里串联了测量电容器C3(与Q、共同构成分压器)。

  接变压器中性点B―避雷器;G―固定间隙;K一控制间隙;C1、Cf均压电容;C3―测量电容。

  可控间隙与避雷器并联保护方式结构示意3.2工作原理可控间隙与避雷器进行绝缘配合以实现对变压器中性点的并联保护。控制间隙受控制回路的控制而动作,控制回路是否输出有效信号取决于系统电压幅值和持续时间是否同时满足电压判据和时间判据。

  当系统发生单相接地且失地或非全相运行故障时,变压器中性点过电压超过一定的范围,控制回路应输出控制间隙合闸信号,使控制间隙闭合。在雷电过电压下,以下述的电压持续时间作为控制间隙不应动作的判据。

  利用计算得到的中性点过电压、各元件参数等已知条件,选择合适的间隙距离后,间隙的50%放电电压。%和标准偏差即被确定。经试验测定,本文所选间隙的工频放电电压cr为1.48%,雷电冲击放电电压的为5%.当外加电压为%(1+3)时,间隙的击穿概率可达99.87%,此时真空开关承受的电压为于是控制回路的电压幅值判据M见式(1)。

  在雷电、操作和工频3种过电压中,雷电过电压发生时间最快,雷电波的持续时间以降计,经G输入控制回路的电压信号的持续时间很短;操作过电压次之;而工频过电压的持续时间最长,达到数秒,考虑到避雷器的耐受特性及避雷器的安全运行,控制回路需要在1s之内使间隙动作切除故障。

  考虑到二次回路的硬件动作时间真空开关合闸时间(2和电路预设的延时(3,控制回路动作的电压持续时间判据见式(2)。

  综上,控制回路的动作判据为:电压信号幅值超过50%(1+3c)p1,且持续时间超过1s 3.3控制策略为控制回路的结构组成示意图。由电容C3分压得到的电压K进入控制回路的前置处理模块,包括PT测量电压、二阶有源低通滤波和电压真有效值的获得;将电压的真有效值信号输入判断模块,通过与预设的基准电压M进行比较后,由延时判断逻辑电路检测输入电平的持续时间是否有效;其输出的电平信号最后被输入控制模块,若此输入信号满足分/合闸触发电路工作的要求,触发电路会给开关控制器发出触发信号,使控制间隙分/合闸。

  可控间隙控制回路的控制策略见表2.表2可控间隙与避雷器并联保护方式的控制策略Tab.2Controlstrategyofthecontrollable过电压类型过电压幅值过电压持续时间控制策略单相接地且失地过电压或非全相运行过电压控制回路输出触发信号使控制间隙闭合,作用在固定间隙上的电压升高,固定间隙击穿,限制变压器中性点过电压可控间隙不动作,由避雷器雷电过电压动作限制变压器中性点过电压可控间隙和避雷器均不动其他过电压作,变压器中性点绝缘能够耐受3.4试验验证为验证可控间隙和避雷器并联保护方式的有效性,研制了一台110kV可控间隙模型,与避雷器并联进行雷电冲击试验和工频电压试验,试验结果如下:可控间隙与避雷器并联的雷电冲击试验结果表明,系统发生雷电过电压时,避雷器动作限压,可控间隙不动作,满足与避雷器的绝缘配合要求,验证了可控间隙与避雷器并联保护方式在雷电冲击下保护原理的有效性。

  可控间隙与避雷器的工频电压试验结果表明,当系统出现各种工频过电压时,可控间隙均能正确动作,以保护避雷器和变压器中性点;同时验证了可控间隙与避雷器并联保护方式在工频电压下保护原理的有效性和控制回路的自动控制能力。

  由雷电冲击试验和工频电压试验的试验结果可知:可控间隙与避雷器并联保护方式的保护原理有效、控制策略恰当,完全满足了设计构想,能实现对变压器中性点的有效保护。

  4结论110、220kV变压器中性点所承受的雷电、单相接地且失地和非全相运行过电压均可能超过其中性点绝缘水平,需要采取保护措施。


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