变压器停送电操作时-变压器中性点接地刀闸投退分析

变压器停送电操作时变压器中性点接地刀闸投退分析摘要:我国110kV及以上电压等级的电力变压器一般采取中性点直接接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，达到了节约制造成本的目的。这样，一旦中性点产生过电压，就直接威胁变压器中性点的绝缘。为防止此类事件的发生，在变压器停、送电操作时，都要推上变压器中性点接地刀闸，防止操作时断路器三相不同期分、合闸产生过电压而损坏变压器。关键词：变压器中性点过电压接地刀闸1.变压器中性点绝缘水平我国变压器中性点绝缘分为两种：一种为全绝缘，另一种为半绝缘。全绝缘：变压器首端与尾端绝缘水平一样的称为全绝缘，多用在110kV以下电压等级的电力变压器。半绝缘：半绝缘变压器中性点的绝缘水平比绕组首端要低，通常只有首端的一半，这些变压器一般采取中性点有效接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，因此变压器中性点的绝缘水平大都设计得比端部绝缘低，多用在110kV及以上电压等级的变压器。2．三绕组变压器工作原理三相变压器的每个铁心柱上，都套着三个同心式绕组，分别为高、中、低压绕组。高压绕组总是排列在最外层，低压绕组和中压绕组则可以有不同的排列位置，低压绕组在中间，宜作升压变压器使用；中压绕组绕组在中间，宜作降压变压器使用。它的工作原理如图1所示。图1三绕组变压器工作原理3．过电压对变压器中性点绝缘的影响：（以切空载变压器为例）变压器过电压有大气过电压和操作过电压两类。操作过电压一般为额定电压的2—4.5倍，而大气过电压可达到额定电压的8—12倍。变压器设计的绝缘强度一般考虑能承受2.5倍的过电压，中性点的电压则更低。不论哪一种过电压，都会导致变压器铁芯严重饱和，励磁电流增大，使铁芯严重发热，烧毁变压器绝缘，特别是中性点绝缘。电网中用断路器切空变是一种常规的操作方式。在这种操作过电压中，有可能产生很高的过电压。当变压器瞬时切开的，磁能就转变为电能，在转变的过程中就在变压器上引起过电压。由于操作过电压的能量来源于电网本身，所以它的幅值和电网的工频电压基本上成正比，操作过电压的幅值与电网该处工频相电压过电压的幅值之比，称为操作过电压倍数K。4．变压器停送电操作时，推上变压器中性点接地刀闸的必要性切除空载变压器会产生过电压：正常运行时，空载变压器表现为一个励磁电感。因此，切除空载变压器就是切除一个电感性负荷。经验表明，用断路器切断大于100A以上交流电流时，磁场能量为零，在切除过程中不会产生过电压。但切除空载变压器时，所切除的是变压器的空载电流，其值仅为额定电流的0.5%—4%，一般只有几安到几十安。断路器的灭弧能力显得异常强大，从而使空载电流未到零之前就因强制息弧而切断，也就是发生空载电流的突然“截断”。截流后，等值电感中储藏的磁场能量全部转变为等值电容的电场能量，从而产生了切空载变压器过电压。如图2所示图2切空载变压器过电压图3切空载变压器电路根据上图分析可知：对于一侧有电源的受电变压器，当其开关非全相拉、合时，若其中性点不接地有以下危险：（1）变压器电源侧中性点对地电压最大可达相电压，这可能损坏变压器绝缘；（2）变压器的高、低压线圈之间有电容，这种电容会造成高压对低压的“传递过电压”；（3）当变压器高低压线圈之间电容耦合，低压侧会有电压达到谐振条件时，可能会出现谐振过电压，损坏绝缘。对于低压侧有电源的送电变压器：（1）由于低压侧有电源，在并入系统前，变压器高压侧发生单相接地，若中性点未接地，则其中性点对地电压将是相电压，这可能损坏变压器绝缘；（2）非全相并入系统时，在一相与系统相联时，由于发电机和系统的频率不同，变压器中性点又未接地，该变压器中性点对地电压最高将是二倍相电压，未合相的电压最高可达2.73倍相电压，将造成绝缘损坏事故。所以，在投、切空载变压器时，必须合上变压器中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。对于220KV变压器从中压侧向系统送电时，必须同时合上变压器中、高压侧中性点接地刀闸。因为，变压器的变比K=U1/U2=220/110=2，当合中压侧开关时，产生的过电压是其额定相电压的2.5倍时，则高压侧就变为5倍的相电压，这是变压器高压侧中性点无法承受的，所以，也必须推上变压器高压侧中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。5.中性点对继电保护的影响110kv及以上系统中性点直接接地电网中低压侧有电源的变压器，中性点可能直接接地运行，也可能不接地运行。对这类变压器，应当装设反应单相按地的零序电流保护，用以在中性点接地运行时切除故障；还应当装设专门的零序电流电压保护，用以在中性点不接地运行时切除故障。保护方式对不同类型的变压器又有所不同，下面分别予以说明。5.1全绝缘的变压器当变压器低压侧有电源且中性点可能不接地运行时，还应增设零序过电压保护。根据《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ7－79，对于直接接地系统的全绝缘变压器，内过电压计算一般为3Uxg(Uxg---最高运行相电压）。当电力网中失去接地中性点并且发生弧光接地时，过电压值可达到3.0Uxg，因此不会损害变压器中性点绝缘；但在个别情况下，弧光接地过电压值可达到3.5Uxg，仍有损坏变压器的危险。由于一分钟工频耐压大于等于3．0Uxg，所以在3．5Uxg电压下仍允许一定时间，装设零序过电压保护经0.5s延时切除变压器，可以防止变压器遭受弧光接地过电压的损害。其次，在非直接接地电力网中，切除单相接地空载线路产生的操作过电压，可能达到4.0Uxg及以上。电网中失去接地中性点且单相接地时，以0.5s延时迅速切除低压侧有电源的变压器，还可以在某些情况下避免电力设备遭受上述操作过电压的袭击。在电力网存在接地中性点且发生单相接地时，零序过电压保护不应动作。动作值应按这一条件整定。当接地系数X0/X1≤3时。故障点零序电压小于等于0．6Uxg，因此，一般可取动作电压力180V。当实际系统中X0/X1＜3时，也可取与实际X。／X1值相对应的低于180V的整定值。5.2分级绝缘的变压器。对于中性点可能接地或不接地运行的变压器，中性点有两种接地方式：装设放电间隙和不装设放电间隙。这两种接地方式的变压器，其零序保护也有所不同。(1)中性点装设放电间隙。放电间隙的选择条件是：在一定的X0/X1值下，躲过单相接地暂态电压。一般X0／X1≤3，此时，按躲过单相接地暂态电压整定的间隙值，能够保护变压器中性点绝缘免遭内过电压的损害，当电力网中失去接地中性点且单相接地时，间隙放电。对于中性点装设放电间隙的变压器，要装设零序电流保护，用于在中性点接地运行时切除故障。此外，还应当装设零序电流电压保护，用于在间隙放电时及时切除变压器，并作为间隙的后备，当间隙拒动时用以切除变压器。零序电流电压保护由电压和电流元件组成，当间隙放电时，电流元件动作；拒动放电时，电压元件动作。电流或电压元件动作后，经0．5s时限切除变压器。零序电压元件的动作值的整定与本条第一款零序过电压保护相同。零序电流元件按间隙放电最小电流整定，一般取一次动作电流为100A。采用上述零序电流保护和零序电流电压保护时，首先切除中性点接地变压器，当电力网中失去接地中性点时，靠间隙放电保护变压器中性点绝缘，经0.5s延时再由零序电流电压保护切除中性点不接地的变压器。采用这种保护方式，好处是比较简单，但当间隙拒动时，则靠零序电流电压保护变压器，在0.5s期间内，变压器要承受内过电压，如系间歇电弧接地，一般过电压值可达3.0Uxg，个别情况下可达3.5Uxg，变压器有遭受损害的可能性。(2)中性点不装设放电间隙。对于中性点不装设放电间隙的变压器，零序保护应首先切除中性点不接地变压器。此时，可能有两种不同的运行方式：一是任一组母线上至少有一台中性点接地变压器，二是一组母线上只有中性点不接地变压器。对这两种运行方式，保护方式也有所不同。采用比较简单的办法：反应中性点接地变压器有零序电流；中性点不接地变压器没有零序电流和母线上有零序电压的零序电流电压保护，其动作时限与相邻元件单相接地保护配合；零序电流保护只设置一段，带一个时限，时限与零序电流电压保护配合，以保证首先切除中性点不接地变压器。6结论为防止过电压损坏变压器绝缘，特别是变压器中性点绝缘，应采取以下措施：切合110kV及以上有效接地系统中性点不接地的空载变压器时，应先将该变压器中性点临时接地。为防止在有效接地系统中出现孤立不接地系统并产生较高工频过电压的异常运行工况，110～220kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。对于110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压185kV时，还应在间隙旁并联金属氧化物避雷器，间隙距离及避雷器参数配合应进行校核。间隙动作后，应检查间隙的烧损情况并校核间隙距离。参考资料[1]王瑞华等编著.电子变压器设计手册[M].北京:科学出版社,1993:120-150.[2]朱振东,许大中.逆变器中高频变压器偏磁的研究[J].电力电子技术1997,(1):14-22.[3]张乃国.小功率电源变压器[M].北京:人民邮电出版社,1998:45-75.[4]徐德高等.脉宽调制变压器型稳压电源[M].北京:科学出版社,1983:67-90.