220kV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离的配合分析

220kV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离的配合分析

黄舒婷

北方工业大学 ,北京市 ,100144

摘要：社会经济的高速发展下，现代科学技术得到快速的进步，使得人们的物质生活水平不断提升，但同时也为电力行业带来了巨大的压力，尤其大量电子产品、电器在人们生活当中的广泛应用，对电力能源的需求急剧增长。在电力系统中，变压器是其重要的组成设备，在正常运行过程中，往往会受到多种因素的影响。而导致变压器发生一些故障或受到多种安全隐患的威胁。本篇文章将主要针对220KV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离配合进行细致的分析，首先进行中性点零序电压向量分析，再确定继电保护间隙保护定值整定原则，最后从变压器中性点间隙距离的选择提出如何进行220KV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离配合的建议。

关键词：220kV；变压器；过电压保护；中性点；间隙距离

现代电力系统当中中性点不接地运行的变压器常会由于受到系统接地故障或雷击或其他非全相操作等因素影响而造成中性点电压升高，一旦电压升高到一定值，就会对中性点绝缘带来一定的威胁，这就需要装设变压器中性点间隙作为保护屏障，在中性点电压升高到一定值时，间隙击穿就会将变压器中性点电压限制在不损坏中性点绝缘值范围内，以达到保护变压器的目的。而又由于间隙的击穿电压与间隙距离相关，所以变压器中性点及其距离整定正确与否，直接决定了变压器中性点绝缘水平和安全性，这就需要整定较为适宜的间隙距离，而且在中性点电压到达一足够高电压值时，间隙如没有被击穿，为实现对变压器的保护，提高变压器运行安全性，则需要通过继电保护装置间隙过电压保护动作，使变压器可退出运行。所以，继电保护过电压保护定值正确与否，对变压器中性点绝缘安全至关重要，为能够实现对变压器的保护，确保其运行安全，需要选择合适的间隙距离、间隙过电压保护定值，并保证两者之间的协调配合。

1. 中性点零序电压相量研究

在220kV中性点接地系统中，其在正常运行状态下，电压相量会保持稳定相量，为了确保对系统发生单相接地故障时短路电流不大于三相短路故障时短路电流值与继电保护整定配合要求的限制，一般会采取根据系统零序阻抗与正序阻抗比值，合理进行系统中变压器接地运行方式的安排，也就是所有的中性点不会同时进行接地。当同一变电站包含多台变压器正常运行时，则针对其中一台变压器中性点接地进行设置运行，其他变压器中心点则不接地运行。而当中性点接地运行变压器由于发生故障而退出运行时，电力系统则会存在一定概率失去中心点，并且发生单项接地的故障，此时中性点会发生偏移，极端情况下中性点电压偏移至接地相电压，也就是理论中心点最高电压升至三倍相电压，此时单相故障时，电压向量会发生变化^[1]。

在系统发生单相接地这种不对称故障之后，系统的对称性会受到一定的影响而进入不对称状态，采用对称分量法进行计算系统单相接地的分析，可发现中性点不接地变压器的中性点电压会发生巨大的变化，此时需要通过相关公式计算来获取实际电压值，如此才能够为继电保护间隙保护定值整定提供真实可靠的依据。

2. 继电保护间隙保护定值整定的确定

当变压器所接的电力网失去基地中心点产生单相接地故障时，则需要依据继电保护与安全自动装置技术规程相关规定进行零序电流保护或零序过电压保护及零序间隙保护相应动作，通过0.5秒的延迟保护出口跳开变压器各侧断路器，为保护变压器，需在正确的时刻退出运行状态，这就需要整定合适的零序过电压定值。

220kV系统中性点需要采用有效的接地方式，在多种因素影响下系统的零序阻抗与正序阻抗比值应为正值，且不可大于3，所以，在有效接地系统当中，零序阻抗与正序阻抗比值通常小于3，当比值等于3时，变压器中性点过电压较为严重，因此，继电保护需按照比值为3时整定零序间隙电压定值。

1. 外接零序电压间隙保护间隙电压定值。

220kV电压等级接地系统PT的辅助绕组变比需经过验算后确定继电保护装置采集的外接零序电压，出于额定运行电压分析考虑，需要进行数据代入后获取计算结果，显示为180V^[2]。

2. 自产零序电压间隙保护间隙电压定值的确定。

220kV电压等级接地系统PT的星型绕组变比确定后，通过公式计算可得自产零序电压取值，为避免由于PT断线误动影响，需对继电保护自产零序电压间隙电压定值进行计算确定，本文取其定值为120V。以此数据来计算，对于常规数字化保护装置，主要采用外接零序电压间隙过电压定值整定为180V，间隙过流一次值整定为100A，智能站保护装置采用自产零序电压，其过电压定值整定为120V，间隙过流一次值为100A，2种类型保护装置高压侧均属一个时限，跳变压器各侧断路器中压侧2个延时，先跳小电源，以降低停电范围，再进行变压器各侧断路器跳闸^[3]。

3. 变压器中心点间隙距离选择分析

当系统以有效接地方式予以运行而且产生单相接地故障时，变压器中性点绝缘水平能够承受系统发生单相接地过电压，其中性点间隙不会发生击穿情况，且不应产生调开中性点不接地变压器，中性点间隙工频击穿电压有效值应该满足中性点以此有效值要求

^[4]。

当系统失去部分间隙中性点且发生单项接地故障的状态，在极端情况下，不接地运行变压器中性点会承受来自于系统的相电压，为确保变压器中性点电压得到有效限制，需要保证变压器中性点间隙工频击穿电压小于规程要求的变压器中性点短时工频耐受电压值^[5]。

以雷击为例，当雷电波侵入变压器时，在变压器中性点将会产生雷电过电压，而过电压峰值会存在一定几率超过变压器内受电压峰值，为了确保对变压器的安全性保护，间隙的冲击击穿电压必须要低于变压器中性点冲击绝缘水平。

根据一系列计算公式可得，按照间隙冲击击穿电压值计算与变压器中性点、雷电全波和载波耐受电压的计算，确定其间隙距离和取值320mm，并通过测试可发现50%冲击击穿电压曲线查得320mm间隙负极性50%冲击击穿电压约为275kV，远小于假定计算值332kV变压器中性点雷电全波和载波耐受电压，这说明了中性点间隙取值320mm能够有效满足变压器中性点绝缘安全需求，确保间隙不会发生误动或拒动的情况^[6]。
结束语：

结合上述文章内容所述，针对实际运行中的变压器间隙，保护电压定值应依据系统领取阻抗比值整定，并依据年度运行方式对变压器间隙保护电压定值进行校核，以防止或减少系统发生单相接地时出现变压器中性点间隙保护动与中性点间隙频繁击穿的故障问题。对于一些新安装设置的变压器，需重点考虑空气湿度和海拔高度等因素的影响，其间隙安装位置水平须在一条轴线上，以应对中性点间隙距离进行试验，验证间隙距离整定正确性和间隙距离安装的质量，确保变压器设备能够稳定且安全运行。

参考文献：

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[3]陈天英,耿少博,李胜官,等.主变压器中性点间隙击穿引起的跳闸故障分析[J].河北电力技术,2018,37(06):44-46.

[4]胡军,李晓松,杨毅,等.220kV变压器中性点小电抗接地过电压分析[J].电瓷避雷器,2019,000(006):152-158.

[5]翟保豫,马涛,李开鑫.220kV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离的配合分析[J].电气技术,2018,222(04):65-68.

[6]段振兴,许璀.220kV变压器中性点间隙过电压保护与中性点间隙距离的配合分析[J].百科论坛电子杂志,2019,000(001):295.