110kV分级绝缘变压器中性点过电压保护探讨

kV分级绝缘变压器中性点过电压保护探讨国产110kV变压器一般采纳分级绝缘结构，中性点绝缘有35kV，44kV，60kV电压等级，按原国标GB311—83《高压输变电设备的绝缘协作》和现行业标准DL/T620—1997《沟通电气装置的过电压爱护和绝缘协作》规定：雷电全波和截波耐受电压分别为180kV，250kV，325kV；短时工频耐受电压(有效值)分别为85kV，95kV，140kV。电力系统中110kV有效接地系统，为了限制单相接地短路电流、防止通信干扰和满意继电爱护整定配置等要求，大部分110kV变压器分级绝缘中性点是不直接接地运行的。对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变压站到达变压器中性点以及系统单相接地、非全相运行，特殊是伴随产生变压器励磁电感与线路对地电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对分级绝缘变压器中性点构成威逼，甚至使绝缘损坏。因此，分级绝缘变压器中性点的过电压爱护通常采纳FZ#-#40型避雷器或氧化锌避雷器加并联水平棒间隙的爱护方式。但运行阅历表明，这种爱护方式未能达到满足效果，存在很多需商榷之处。本文将结合实例对该配置方式给系统运行带来的一些问题进行综合分析。1运行实例分析1998年6月24日11时55分，雷击110kV柴桂线40号塔四周，通过中山电力工业局雷电定位系统观测，其雷电流幅值达负极性54.3kA，回击三次，导致柴桂线(中山柴油机发电二厂侧)短线接地距离工段爱护动作，开关跳闸、重合胜利。但同时，因110kV系统瞬时单相接地及雷电波入侵环城站1号主变压器中性点，造成水平棒间隙放电击穿，并导致110kV环桂线(环城站侧)零序工段爱护动作，开关跳闸(重合闸爱护未投)，使110kV环城站，板芙站失压。当时系统运行方式如图1所示。图1事故时系统运行方式(QF1和QF4处于分闸状态)事故后调查发觉，110kV五桂山站、环城站主变压器中性点(不接地运行)水平棒间隙(110mm)放电击穿，中性点氧化锌避雷器(Y1W-55/140型)动作。很明显，按当时系统运行方式和故障录波图分析，110kV环桂线零序工段爱护动作，是由于环城站主变压器中性点水平棒间隙放电击穿，使系统零序阻抗参数发生转变，依据继电爱护专责按事故方式下核算最大零序电流约12A，大于其整定值7A，躲不过零序故障电流而造成110kV环桂线(环城站侧开关跳闸。事故时，110kV柴桂线五桂山站侧零序爱护未投，否则，类似状况同样消失。对于分级绝缘变压器中性点过电压爱护，采纳氧化锌避雷器加并联水平棒间隙的配置方式，其两者的协作原则是：避雷器担当雷电过电压爱护，当系统发生单相接地故障及开关单相重合闸过程中水平棒间隙不应放电动作；只有当系统失地，且消失系统非全相运行或谐振故障时，水平棒间隙牢靠动作，爱护变压器中性点绝缘及线端设备的绝缘，防止避雷器因通流容量不够发生爆炸。但通过多年的运行实践证明，避雷器与水平棒间隙的协作相当困难，其不足之处在于：a)在防雷爱护时，以Y1W-55/140型氧化锌避雷器为例，其标称放电电流1kA下雷电冲击残压为109kV，按主变压器中性点最低35kA级冲击绝缘水平考虑，其绝缘爱护裕度因数达1.51足够。但110mm水平棒间隙50%操作冲击放电电压(峰值)约110～120kV，事故时受雷电环境条件分散系数的影响，更接近避雷器的冲击残压水平，这就有可能使得避雷器动作的同时，水平棒间隙也放电击穿，尤其在雷击输电线路导致系统瞬时单相接地时，造成继电爱护误动。依据近三年的运行事故统计，中山电力局类似的状况还消失六次之多。b)当系统发生单相接地，分级绝缘变压器中性点消失各种暂态或稳态过电压，一般状况下，氧化锌避雷器和水平棒间隙都不应动作，运行阅历表明该协作方案并未满意条件要求。110mm水平棒间隙工频放电电压约58.4kV(有效值)，而从中山电力局几次事故时的故障录波图分析以及过电压理论估算，实际消失在主变压器中性点处的工频过电压应低于该数值，但110mm水平棒间隙仍放电击