主变压器中性点接地及保护的应用

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1、主变压器中性点接地及保护的应用目录大型变压器是电力生产的核心设备，由于其成本较高，故在110kV及以上 的中性点直接接地的电网中，普遍采用分级绝缘的变压器。在中性点直接接地的电网中，接地短路故障是较常见的故障（约占故障总 数的 85%以上）。虽然在实际运行中，部分变压器的中性点是直接接地的，它能 够反映变压器高压绕组、引出线上的接地短路故障，并可作为大型电力变压器 的主保护和相邻母线、线路接地保护的后备保护。但还有部分变压器的中性点 不接地运行，当系统发生接地故障，中性点接地的变压器跳开后，电网零序电 压升高或谐振过电压等都会危及这些不接地的变压器中性点绝缘。因此，处于 该系统中运行的大型变压

2、器必须装设中性点保护。一、变压器中性点过电压的三种保护方式变压器中性点过电压保护可采用间隙、避雷器及避雷器联合放电间隙三种 方式。变压器中性点的过电压可分为三种形式：大气过电压、单相接地故障引 起的过电压及断路器非全相分合闸引起的过电压。（一）间隙间隙的优点是结构简单可靠、运行维护量小，在雷电、操作和工频过电压 下都可对变压器进行保护；缺点是间隙参数确定较为困难、放电分散性大、保 护性能一般、工频续流较大、灭弧能力差、在系统有不对称接地短路故障时有 较大和较长时间的工频零序电流冲击主变压器，另外，间隙放电产生的谐波对 主变压器的绕组绝缘也有一定的影响。（二）避雷器避雷器具有优异的非线性伏安特性

3、，残压随冲击电流波头时间变化的特性 平稳，陡波响应特性好，无间隙的击穿和灭弧问题，通流容量大，无续流，动 作迅速，对主变压器冲击小；其缺点是不能防护工频过电压，在较高的工频过 电压下往往自身难保，需定期进行预防性试验，维护工作量较大。（三）避雷器联合放电间隙避雷器并联间隙的保护分工是工频、操作过电压由间隙承担，雷电、暂态 过电压由避雷器承担，同时，又用间隙来限制避雷器上可能出现的过高幅值的 工频过电压和过高的残压。这种方式既对变压器中性点进行保护，又起到互为 保护的作用。但间隙与避雷器配合时，间隙的距离大小较难掌握。间隙距离不 能太小，以防止在接地暂态过电压下动作，引起保护装置过多动作；同时，

4、间 隙也不能太大，否则，起不到限制工频过电压、保护避雷器的作用。发电厂采 用第三种方式较多，即避雷器联合放电间隙，放电间隙采用棒-棒间隙，避雷器多配置为氧化锌避雷器。二、变压器中性点间隙过流保护为防止工频过电压损坏变压器中性点绝缘，对主变压器中性点目前普遍采取装设放电间隙的措施，并利用中性点套管电流互感器或在放电间隙回路装设独立的电流互感器，构成变压器中性点放电间隙零序过电流保护（简称“间隙 过流”保护）。“间隙过流”保护在实际应用中有下列几种典型接线方式：1间隙过流保护与主变压器零序过流保护共用一组电流互感器，如图1所 示。图 1 共用电流互感器接线图主变压器零序电流继电器与间隙过流继电器的

5、电流线圈串接在中性点接地 的电流互感器上。两个电流继电器的动作值不同，且两种接地电流的性质不同。 零序过流主要是工频量；间隙过流具有间隙、分段发展的性质，间歇时间和电 流幅值均为随机性，且含有大量的谐波分量。2将两套保护的电流互感器相互独立，即交流回路分开，分别接在各自的正确位置处，如图 2 所示。此方案较为合理，但费用高。图 2 电流互感器相互独接线图3.变压器出厂时装设了主变压器中性点CT,为降低费用，零序过流采用主变压器自带中性点CT,间隙过流采用单独CT的综合接线，如图3所示：图 3 综合接线示意图三、发电厂主变压器的中性点接地要求在通常情况下，发电厂的主变压器至少有1 台中性点直接接

6、地。如果电厂 主变压器中性点不接地运行，在线路发生单相接地故障时，电网对侧线路开关 接地保护动作跳闸；由于零序网络不通，电厂侧线路开关不流过零序电流，接 地保护不会动作。而在电网对侧线路开关跳闸之后，电厂升压站所处的系统由 大电流接地系统转变成小电流接地系统，故障相电压降低，非故障相电压升高 对整个电厂升压站系统的绝缘都会造成损害。发电厂的线路跳闸时，发电机可能会突然甩负荷。发电机输送功率 P 愈大 功率因数愈小，发电机的暂态电动势E愈高；同时，发电机甩负荷后，转子欲 超速运转，系统频率有上升趋势（取决于系统容量），发电机的暂态电动势E 也成比例上升，系统的电压升高，如果主变压器中性点不接地运

7、行则可能危及 整个系统的绝缘。因此，电厂主变压器至少有1台中性点接地运行，但接地主 变压器中性点的数量不能随意。保护整定若按1 台主变压器接地运行计算，当 有 2 台主变压器接地时，如果发生系统接地产生零序电流，就会产生分流，使 得零序电流达不到整定值而启动不了正常的保护。四、变压器中性点的运行操作注意事项（一）中性点接地闸刀操作在拉、合主变压器高压开关时，必须合上此主变压器高压侧的中性点接地 闸刀，以防操作过电压对设备的损伤。因运行方式改变，需要倒换不同变压器的中性点接地闸刀时，应先合上不 接地变压器的中性点接地闸刀，然后，再拉开接地变压器的中性点接地闸刀， 且 2 个接地点的并列时间越短越

8、好。这样，可防止在此期间电网发生接地故障 时，因单相接地短路电流大幅度的增大，而扩大电网中零序保护的动作范围， 使电网中的保护有可能出现越级跳闸。同时，对并列接地的变压器而言，在2 个中性点并列接地，当变压器某侧母线发生接地故障时，由于并列接地闸刀的 分流作用，使变压器零序保护的灵敏度降低，有可能造成变压器保护拒动。（二）相关二次压板的对应关系在操作主变压器中性点接地闸刀时，还要操作相关的二次保护压板。1由图3可知，在中性点直接接地的变压器运行时，必须将“零序过流” 保护跳闸压板2LP投入，“间隙过流”保护的跳闸压板1LP及时退出，否则， 在主变压器中性点接地闸刀合闸的情况下“间隙过流”保护可

9、能误动。在主变压器中性点接地闸刀拉开时，“间隙过流”保护压板1LP必须投入, “零序过流”保护压板2LP可以考虑退出。虽然“零序过流”保护定值远大于 “间隙过流”保护定值，但由于“间隙过流”的电流性质不稳定，如果触发了 “零序电流”出口，会给运行的事故处理、判断带来不便。不同企业的二次接 线有一定的差别，具体操作要根据实际情况确定。2由图2可知，装有此类保护的大型电力变压器零序电流保护和主变压器 间隙过流保护压板可全部投入，无须投退切换， 2套零序保护可通过主变压器 中性点接地闸刀的分、合自动投退。3接线较多的是图3所示类型。从图3中可知，它的“零序过流”保护同 样存在第一种类似情况，为减少保

10、护压板的操作，设计时有的已考虑将主变压 器中性点接地闸刀的二次接点接入保护回路中。如早期继电器式保护中，用主 变压器中性点接地闸刀常闭接点并联在“零序过流” CT两端，当主变压器中性 点接地闸刀分闸时，常闭接点短接“零序电流” CT，“零序电流”保护自动退 出。当主变压器中性点接地闸刀合闸时，中性点接地闸刀短接“间隙过流”CT 一次侧，“间隙过流”保护自动退出。采用微机保护后，用主变压器中性点接地闸刀二次接点接入微机保护中来自动判断，但不同企业会有一定的差别，在杭州华电半山发电有限公司的T60 保护中（如图4所示），与中性点闸刀相关的保护压板有3块（1块间隙过流、 2块零序过流）。220 kV

11、及以上的大型变压器一般采用双套保护，故实际有6 块二次保护压板，在此以1套保护为例进行说明。图4 T60保护零序电流、间隙过流部分示意图由图4可知，“间隙过流”是自动与主变压器中性点接地闸刀对应的（其 实在一次回路上已经有此功能，只是这样更保险）；但“零序过流”保护还是 存在第一点中的类似情况。为此，建议修改保护逻辑（如图5所示），增加虚 线部分，不必再操作二次压板。在未修改逻辑前，保护压板必须与中性点接地 闸刀相对应。对应的关系是主变压器中性点接地闸刀合闸，投2块“零序过流” 压板，撤出1块“间隙过流”压板；主变压器中性点接地闸刀分闸，投1块“间 隙过流”压板，撤出2块“零序过”压板。图5

12、改进后的示意图流（三）中性点的操作中一、二次的配合问题下面再分析在主变压器中性点接地闸刀操作时，与保护压板配合的问题。 以充电运行的主变压器停役操作为例，说明压板配合操作的先后顺序。假设充电运行的主变压器中性点接地闸刀是分闸的，它的1块“间隙过流” 保护压板投入， 2块“零序过流”保护压板撤出。操作如下：操作时必须先合主变压器中性点接地闸刀，且在合中性点接地闸刀前，应 先投入2块“零序过流”压板，再合中性点接地闸刀；合好闸刀，再取下1块 “间隙过流”压板；最后拉开主变压器220kV开关。如果不投“零序过流”压 板，中性点接地闸刀合上，直接拉主变压器220kV开关，会存在安全隐患。因 为，假设此时220kV系统有接地故障，将在主变压器中性点产生零序电流。但 因为2块“零序过流”压板未投入，“零序过流”保护不会出口；又因为中性 点接地闸刀已经合上，“间隙过流”自动退出。这样，只有靠其他保护来动作 扩大了事故范围，应尽量避免。五、结语大型变压器是电力生产的核心设备，在110 kV及以上的中性点直接接地的 电网中，必须装设中性点保护。发电厂的中性点操作应尽量合理，避免各种操 作隐患，为电网的安全运行夯实基础。