220kv变电站主变中性点避雷器参数选择

220kv变电站主变中性点避雷器参数选择

0主变中性点的破坏220kvv电流采集线的220kv和110kv侧采用y接收法，在中性点直接接地，或低阻接收或不接地，通常是大接地电流系统。实际工作中主变中性点的绝缘不是按线电压设计而是低于线电压,应在中性点装设避雷器保护,以防止雷电侵入波击穿主变中性点绝缘。因为氧化锌避雷器承受过长时间的工频过电压会发生爆炸,所以需与主变中性点避雷器并联设置棒状放电间隙,使在操作过电压下间隙先动作,雷电冲击下避雷器先动作,以保护主变中性点绝缘和保护避雷器不受工频过电压的损坏。本文讨论主变中性点避雷器的配置原理及选择计算。1中性点避雷器电流图1为主变220kV绕组入端避雷器、中性点避雷器及绕组电感电容的电路图。其中Lb为主变220kV绕组的电感,Cb为主变220kV绕组对铁芯的电容。则雷电流通过220kV绕组到达中性点避雷器的电流为:式中:UBIL———绕组雷电冲击耐受电压;UNMOA———中性点避雷器的雷电冲击残压;Zb———绕组的波阻抗。以主变厂家提供的容量为180MVA主变为例,阻抗电压U高-中=13.93%、U高-低=24.34%、U中-低=7.90%。主变厂家提供220kV绕组对地电容量15890pF。其中UBIL=950kV为规程规定的220kV雷电冲击耐受电压。考虑到留有充足的余量,并且增大标称电流可使避雷器残压做的更小,通常220kV中性点避雷器的标称电流取1500A。注:UNMOA的取值在后面会讲到。2局部中性点不接地系统明确后发生的转换设a相发生单相接地短路,单相接地短路的边界条件为:。其中为单相接地短路电流的正序、负序、零序分量。为单相接地短路电压的正序、负序、零序分量。由此可见,单相接地短路的复合序网由正序、负序、零序网路三者串联后短接而成。这样局部中性点不接地系统单相短路时可看成由正序和零序两个部分的迭加。如图2所示。正序部分在主变中性点上的电压为零,零序部分在主变中性点上的电压为-Ea。操作过电压也会造成主变中性点的过电压,但持续时间短,主变中性点绝缘可以承受。结合以上主变中性点三种工况(单相接地短路、局部中性点不接地系统、操作过电压)可知:主变中性点过电压最不利的情况是偶然形成的局部中性点不接地系统发生单相短路的状况。此时中性点电压是电源的相电压Ea。因此主变中性点避雷器的额定电压应取电源相电压Ea。实际工作中,220kV中性点避雷器额定电压一般取144kV,110kV中性点避雷器额定电压一般取72kV。仍能保证主变中性点电压为Ea时,中性点避雷器有足够长的耐受时间。3避雷器放电电流曲线雷电冲击残压的选择先参考主变中性点雷电冲击耐受电压确定大致参数。220kV系统中性点雷电冲击耐受电压为400kV。考虑配合系数1.4,则冲击残压为。同理,110kV系统中性点雷电冲击耐受电压为250kV,110kV系统主变中性点避雷器雷电冲击残压为。以220kV主变中性点避雷器为例,验算避雷器厂家样本中的雷电冲击残压数值是否可行。厂家样本中220kV主变中性点避雷器雷电冲击残压为320kV。如图3,设避雷器末端到接地网的导体长度为10m,避雷器接地装置的冲击电阻为10Ω。已知线路每公里波阻抗为400Ω,则10m长接地体的波阻抗为。加上冲击电阻,避雷器接地装置的电阻为4+10=14Ω。其电压为14×1.5=21kV,其中1.5为中性点避雷器的标称电流。这样主变中性点到避雷器接地装置的电压为320+21=341kV。其配合系数为,数值偏小。所以雷电冲击残压数值选择320kV不可行。一般配合系数要求大于1.25。下面讨论由避雷器的残压~放电电流曲线确定中性点避雷器的雷电冲击残压,如图4。同理,对110kV中性点避雷器也可类似推导出雷电冲击残压。110kV中性点避雷器的额定电压为72kV,则最小冲击残压为72×2.26=163kV(对应的放电电流为10kA)。针对残压为163kV这条直线,其斜率为。则可得出110kV中性点避雷器在标称电流1.5kA下的最小雷电冲击残压为163-8.5×2.7=140.1kV。即可选择110kV中性点避雷器残压为145kV,校验2,满足要求。避雷器雷电冲击残压UMOA与额定电压UR之比在10kA雷电流下有,则110kV中性点避雷器最小雷电冲击残压UMOA=72×2.26=163kV。氧化锌电阻为0.21Ω/5kV,。因此,Y1.5W-73/145型避雷器在1.5kA雷电冲击电流下最小残压UMOA=163-8.5×3=138kV。这也验证了110kV中性点避雷器雷电冲击残压取145kV的可行性。4微秒电弧冲击50%击穿电压特性因为氧化锌避雷器在交流额定电压或大于额定电压下超过一定时间避雷器将损坏,所以实际工作中将220kV、110kV中性点避雷器与棒状放电间隙并联使用。通过适当的调整放电间隙的间距,使避雷器在雷电冲击下先动作,间隙在交流操作过电压下先动作,从而有效地保护避雷器不受损坏。下面讨论220kV、110kV中性点间隙间距的确定。1.5/40微秒雷电冲击波50%击穿电压特性如图5。先讨论220kV中性点间隙间距的确定。设间隙在交流(AC)电压作用下动作电压有效值为U隙动,有U隙动>144kV,棒状间隙交流(AC)放电电压为4.24kV/cm。。先取间隙间距为35>34cm试之。35×4.24=148.4kV,查击穿电压特性曲线得间隙为35cm时雷电冲击(LI)击穿电压为260kV,避雷器雷电冲击残压为285kV>260kV,避雷器无法先动作,所以不可行。再取U隙动=1.2×144=173kV,,查击穿特性曲线得雷电冲击(LI)击穿电压为300kV,避雷器雷电冲击残压285kV<300kV,避雷器先动作。在交流(AC)电压作用下,,间隙先动作,所以可行。将间隙调整到40cm即可。同理可确定110kV中性点间隙间距可取20cm。5避雷器残