变压器中性点保护的配置和配合.doc

变压器中性点保护的配置和配合曹亚旭 （郑州供电公司，郑州市，450003）摘要：本文分析了变压器中性点保护的配置整定原则和相关保护之间的相互配合关系，并结合变电站运行实际，对典型事故保护如何动作进行分析，具有很强的现实意义。关键词：零序方向过流 中性点零序过流 间隙过压 间隙过流Abstract: This paper analyzes the protection of the transformer neutral point of the whole configuration of the protection of the principles and the relevant relations between each other, combined with the actual operation of substation, the protection of a typical accident analysis of how the actions of great practical significance.Keywords: zero-sequence directional overcurrent Neutral point of zero-sequence overcurrent Over-voltage gap Gap flow1、概述目前，电网中的变压器一般都采用绕组靠近中性点处的主绝缘水平比绕组端部的绝缘水平低的方式，也就是分级绝缘的方式。而当电力系统出现冲击时，往往在中性点处出现很高的电压，危害中性点的绝缘及变压器的正常运行。因此，研究变压器中性点的保护如何配置、保护之间如何配合对于变压器安全可靠运行具有非常重要的现实意义。2、变压器中性点的保护措施常规变压器中性点布置如下图1所示：图1 常规变压器中性点布置图2.1中性点接地侧对于中性点直接接地的变压器，一般在中性点处装设零序方向过流保护和中性点零序过流保护。对于上图1所示，220kV侧零序方向过流保护用的过电流量一般取自TA2，功率方向元件靠TA1电流与TV1电压计算得出；220kV侧中性点零序过流保护所用的过电流量一般取自TA2。本侧零序方向过流保护方向一般指向220kV侧母线及线路。110kV侧零序方向过流保护用的过电流量一般取自TA4，功率方向元件靠TA6电流与TV2电压计算得出；110kV侧中性点零序过流保护所用的过电流量一般取自TA4。本侧零序方向过流保护方向一般指向110kV侧母线及线路。零序方向过流保护的方向一般指向本侧母线及分路，作为本侧母线及分路的远后备保护，当本侧母线或分路故障，母线或分路保护动作故障没有切除，或者保护发生距动时，变压器本侧的零序方向过流保护动作，第一时限切除本侧母联，初步隔离故障点，第二时限跳开变压器本侧开关，第三时限跳开变压器各侧开关，从而达到隔离故障点的效果。对于开关装设失灵保护的情况，一般当保护动作而开关距动时，失灵保护动作跳开故障开关所在母线的所有开关达到隔离故障点的效果，失灵保护动作时间一般比变压器本侧的后备保护时间更短、动作时间更快。零序过流保护动作时间比本侧的零序方向过流保护动作时间稍微长一点，作为本侧零序方向过流的后备来用，他是反应系统单相接地故障的最后一道屏障，如果比他快的保护没有动作的话，最后靠他动作，直接把主变各侧开关跳开，达到隔离故障点的效果。2.2中性点不接地侧对于中性点不接地的变压器，一般在中性点间隙处装设间隙过压、过流保护。对上图1，220kV侧间隙过压、过流保护中所用的过电压判断量一般取自TV1；过流保护中所用的过电流判断量一般取自TA3。110kV侧间隙过压、过流保护中所用的过电压判断量一般取自TV2；过流保护中所用的过电流判断量一般取自TA5。间隙过压、过流保护动作时间一般要比其他后备保护时间长，等其他后备保护距动或者相关开关距动时，间隙过压、过流保护作为最后一道屏障，直接把变压器各侧开关跳开，达到隔离故障点的效果，保护变压器的安全运行。2.3其他防止过电压的措施变压器中性点处一般配合间隙来装设避雷器来防止中性点处出现过电压。3、变压器中性点零序保护的整定与配合3.1一般原则：3.1.1对于中性点直接接地系统中，变压器增设零序保护。一般情况下，零序电流保护接于变压器中性点的电流互感器回路中（也可接于各侧零序电流滤过器回路，但范围小）；3.1.2对于双绕组变压器，只在高压侧装设接地保护；对于有两个中性点接地的三绕组变压器，应在两侧分别装设接地保护。3.1.3中性点直接接地变压器的零序电流保护，主要为切除母线故障，在相邻线路上发生接地故障时尽可能起后备保护作用。3.1.4对单侧中性点接地变压器（包括两侧系统为中性点接地系统，但变压器为一侧中性点接地）的零序电流保护，其第I段零序电流定值可与线路接地保护I段相配合，动作时间级差为t，动作之后跳母联；第II段保护动作电流定值及动作时间与线路零序电流保护最后一段相配合，动作后跳变压器各侧开关；对三绕组变压器的第II段保护还可以有两个时限，以较小时限跳本侧开关，以较大时限跳开变压器各侧开关。对于有两侧中性点直接接地的三个电压等级的变压器，零序电流I段一般可与线路零序电流保护的躲非全相I段相配合（必要时可带方向），动作后以0.3s跳母联开关，0.5s跳本侧开关；零序电流II段（根据配合需要可带方向或不带方向）可与线路零序电流保护最后一段相配合，动作后以较短时限跳本侧开关，以较长时限跳其他各侧开关。3.1.5对于降压变压器，如果中、低压侧没有电源时，即使高压侧中性点接地运行，其中性点的零序电流保护也没必要运行。3.2变压器零序电流保护的整定3.2.1带方向的零序电流保护（方向指向本侧母线及线路）其定值计算为： 其中，为可靠系数，一般取1.21.15；为零序电流分支系数；为本侧母线上线路零序I段或最后一段动作电流，如果线路采用单相重合闸，则应躲过非全相运行I段电流定值。3.2.2中性点零序过流保护除了安装上述的配合方式与本侧母线上出线的零序电流保护的最后一段配合外，还应与变压器其他侧的零序电流保护相配合，其定值计算为：其中，为变压器的另一侧的零序电流保护动作电流，为可靠系数，一般取1.2-1.15；为零序电流分支系数；保护灵敏度效验：其中，为母线故障时，流过变压器的最小零序电流；为零序电流保护动作电流。3.3变压器零序保护的时间配合图2 典型双母线变压器接线图如上图2所示，1#主变高压侧、中压侧中性点接地，其高、中压侧零序方向过流和中性点零序过流正常运行时都投入。 对于110kV侧，如果线路单相接地故障，线路零序保护先动作跳开本线路开关，切除故障电流，如果线路保护距动或者线路开关距动时，经t延时先是110kV侧零序方向过流保护动作，一般I时限跳开110kV侧母联110，延时II时限跳开本侧开关111，如果经110kV侧零序方向过流保护距动，则110kV侧中性点零序保护动作，直接跳开1#主变各侧开关。220kV侧动作逻辑同此。4、变压器间隙过压、过流保护的整定与配合4.1一般原则：为限制接地故障时的零序电流和维持零序网络电抗的恒定，通常只有一部分变压器的中性点接地，另一部分变压器中性点不接地。对于不接地的变压器中性点一般应装设放电间隙与间隙保护，当发生危及变压器中性点绝缘的冲击电压或工频过电压时，间隙击穿间隙保护可靠动作，保护变压器中性点的绝缘。然而，放电间隙是一种比较粗糙的设施，气象条件，间隙调整的精细程度以及连续放电的次数对其放电电压都有影响，可能出现该动作而不动作的情况，因此对于这种接线方式，还应装设专门的零序过电压保护用来作为放电间隙拒动的后备保护。4.2变压器零序电压保护的整定4.2.1从变压器中性点绝缘的耐压水平考虑零序电压元件的动作电压应低于变压器中性点的绝缘的耐压水平。即有：其中，为可靠系数；一般取0.9；为中性点工频耐压值； 为电压互感器变比； 1.8为暂态电压系数。我国广泛采用的220kV变压器，其中性点冲击耐压为400kV,工频耐压为200kV，因此对于220kV侧变压器零序电压保护，有=1270则由此可算出：。4.2.2从保护之间配合出发考虑系统单相接地且不失接地中性点时短路点的零序电压为：其中，为短路点短路前瞬间的正常电压；、分别为系统至短路点的正序、负序、零序阻抗。中性点直接接地系统，当发生接地故障时，故障点将出现零序电压，此时，对于中性点不接地的变压器，变压器中性点会产生位移电压，其值就等于故障点的零序电压。按系统中不失去接地中性点且发生单相接地的零序电压来整定时，则有：如各序阻抗为纯电抗，则上式变为假设, , ，得 其中为正常相电压，a为接地系数，变压器接地点的数量选择，应使系统的接地系数小于等于3，以使单相接地时健全相上工频过电压不超过避雷器的灭弧电压，接地系数应大于11.5，以使单相接地短路电流不超过三相短路电流。4.2.3系统单相接地且已失接地中性点时系统发生A相接地故障, 首先中性点直接接地变压器的零序电流保护动作将中性点直接接地变压器切除，此时如系统失去接地中性点而故障仍然存在，再由中性点不接地的变压器的间隙过流或零序电压保护动作将故障切除。失去接地中性点的电力系统相当于小接地电流系统，小接地电流系统发生单相接地故障时（如发生A相接地故障），接地相对地电压变为零，而其它两相对地电压升高倍，此时系统出现的零序电压为：由此可见，当系统中性点不接地而发生单相接地故障时，零序电压保护开口三角的电压在理论上应为300V，但考虑到电压互感器的饱和，输出电压要低一些，电压互感器一般在200V左右可能出现饱和，因此，保护装置的动作电压应低于200V的数值，即：200V综合式上述分析，并考虑到电压互感器饱和的影响，应取接近下限的数值，如取a=3，则有： =180V （a=3）对于实际电力系统来说，可根据a实际的数值确定零序电压保护的动作电压。例如a=2时，动作电压为150V。4.3变压器间隙过流定值整定由于正常运行方式下，放电间隙无电流流过，所以间隙过流定值可以整定的灵敏些，一般间隙过流保护定值整定为小于等于100A（一次电流）。由于放电间隙一般不会轻易放电，所以变压器的间隙过压过流保护的动作时间可以整定的尽量短一些。但是一旦动作，就应该尽快切除该变压器。5、典型案例分析对于图2所示的一个典型变电站主接线图来说，正常运行方式为220kV、110kV双母线母联运行，两台变压器并列运行，1#主变高压侧、中压侧中性点接地运行，两侧零序方向过流和中性点零序过流均投入，间隙过压、过流保护解除；2#主变高压侧、中压侧中性点不接地运行，两侧零序方向过流和中性点零序过流均解除，间隙过压、过流保护投入。当110kV II母分路发生单相接地故障时，保护配合如下图3所示：图3 线路单相接地保护动作配合框图6、结论变压器中性点在电力系统当中属于绝缘水平比较低的部分，比较容易受到电力系统操作过电压或者雷击过电压的侵害，通过采用一定的技术措施如加装避雷器、中性点接地变压器配置灵敏的零序方向电流保护和中性点零序电流保护，中性点不接地变压器配置间隙过压、过流保护等措施来保证电气设备的正常可靠运行，保证电力系统发生故障或者冲击时能快速灵敏的切除故障，保证电力系统其他设备元件的正常运行。参 考 文 献1 崔家佩 孟庆炎 陈永芳 熊炳耀.继电保护与安全自动装置整定计算.