DL∕T 1848-2018 220kV和110kV变压器中性点过电压保护技术规范

备案号：63142-2018220kV和110kV变压器中性点国家能源局发布I Ⅱ 1 13术语和定义 1 2 2 3 4 5附录A(资料性附录)变压器中性点过电压类型 7附录B(资料性附录)断路器操作激发铁磁谐振过电压验算案例 9附录C(资料性附录)间隙击穿电压试验值 附录D(规范性附录)间隙距离校核 附录E(资料性附录)不同省份变压器中性点保护配置情况 附录F(资料性附录)可控间隙成套保护装置结构和试验 附录G(规范性附录)保护间隙和避雷器维护要求 24Ⅱ1220kV和110kV变压器中性点过电压保护技术规范本标准规定了220kV和110kV变压器中性点的接地方式、过电压保护原则、保护间隙和避雷器参数配置、继电保护配置，以及保护装置的安装和运行维护要求。本标准适用于发电厂和变电站有效接地系统220kV和110kV分级绝缘变压器中性点过电压保护的设计、安装和运行维护。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T11032交流无间隙金属氧化物避雷器GB/T50064=2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。全部变压器或部分变压器中性点直接接地或经低阻抗接地的电力系统。对于该系统，在各种运行条件下系统的零序与正序电抗之比(X₀/X₁)应为正值并且不应大于3,而其零序电阻与正序电抗之比(R₀/X₁)不应大于1。全绝缘变压器fulinsulatedtransformer绕组中性点端子的绝缘水平与线路端子的绝缘水平相同的变压器。分级绝缘变压器gradedmsulatedtransformer绕组中性点端子的绝缘水平比线路端子的绝缘水平要低的变压器。变压器中性点加装一定的装置，用来限制中性点过电压。保护间隙protectgap安装在变压器中性点与地之间，用于限制中性点过电压的间隙。对于中性点经间隙接地的变压器，利用流过间隙零序电流的大小判断变压器中性点间隙击穿的变压器保护。零序电压保护zero-sequencevoltageprotection利用系统零序电压的大小判断接地短路故障的保护。2d)有两台及以上变压器的220kV厂站，220kVa)当形成局部不接地系统，且继电保护装置不能在一定时间内切除110kV或220kV变压器的3点间隙距离取值范围为95mm～150mm,变压器220kV中性点间隙距离取值范围为250mm~385mm(参见附录E)。工频耐受电压(有效值)雷电冲击耐受电压(峰值)保护裕度4表1(续)中性点绝缘等级工频耐受电压(有效值)雷电冲击耐受电压(峰值)144kV,标称放电电流下的残压320kV可控间隙可控间隙5地运行情况以外，还应增设反映间隙放电电流和零序电压的间隙保护，作为变压器中性点经放电间隙7.2.1间隙零序电流保护的启动电流整定应使间隙击穿时有足够的灵敏度，一次电流定值可整定为100A,保护动作后可带一定延时跳变压器各侧断路器。7.2.2为防止中性点间隙在线路重合闸和雷电侵入波等瞬态过电压下误击穿，导致保护装置误动作，根据实际情况，间隙零序电流保护动作整定时间应考虑与出线自动重合闸时间配合，以躲过线路自动重合闸时间，一般可取1.2s～1.5s,配合时间可根据各地系统运行情况酌情调整，参见附录E。7.2.3变压器中性点零序电压保护3U₀定值(3U₀额定值为300V)一般可整定为180V和0.5s。7.3间隙保护动作逻辑7.3.1间隙零序电流和零序电压组成的保护可采用以下两延时t₁出口；二是间隙零序电流和零序电压元件组成“或门”逻辑，经较长延时t₂出口。变压器中性₂图2变压器中性点间隙保护逻辑简图a)110kV变压器间隙零序电压保护动作跳变压器的时间宜取220kV变压器的110kV侧间隙零序b)110kV变压器电低压侧有小电源上网时，间隙零序电压保护动作后第一时限先跳小电源进线c)220kV变压器220kV侧中性点间隙零序电流保护动作跳变压器的时间与220kV线路单相重合闸周期(故障开始至线路开关单相合闸恢复全相运行)配合，110kV侧中性点间隙零序电流保护动作跳变压器的时间与110kV线路保护全线有灵敏度段动作时间配合，级差宜取0.3s~d)110kV变压器中、低压侧有小电源上网时，间隙零序电流保护动作后第一时限先跳小电源进线断路器，时间与110kV线路保护全线有灵敏度段动作时间配合，第二时限跳变压器；e)110kV变压器中、低压侧没有小电源上网时，间隙零序电流保护动作跳变压器，时间与110kV线路后备保护距离Ⅲ段及零序IV段动作时间配合，并宜与220kV变压器110kV侧间隙零序电8安装和运行维护6小于2m;7(资料性附录)A.1雷电过电压当输电线路或变电站遭受雷击时，雷电波会传播到变压器中性点，如果传输通道波阻抗不匹配，就会发生多次雷电暂态波的折射和反射情况。一般情况下，变压器中性点上出现的最大雷电过电压主要取决于变压器入口处的避雷器残压(或放电电压)和变压器的特性，一般其过电压值可按下式γ——过电压振荡衰减系数，纠结式绕组取0.5,连续式绕组取0.8;变压器中性点上的雷电过电压以三相同时进波最为严重，若此时雷电波在中性点上发生全反射，理论上会产生近两倍入射波过电压(如图A.1所示)。雷电过电压会危及变压器中性点绝缘，必须采取保护措施。实际上，由于铁芯损耗等阻尼作用，三相进波时中性点上的雷电过电压一般会低于理图A.1雷电侵入波在中性点上的全反射此外，当雷电波传输到变压器某一侧中性点时，可导致另外一侧的中性点也出现过电压，此时变压器高中低三侧可用纯电容模型等效，但由于受冲击电晕等影响，雷电波的幅值和陡度将降低，则变压器可用脉冲模型等效。该模型包含电磁传递和静电传递两部分(如图A.2所示),但由于雷电波的复图A.2变压器脉冲等效模型A.2不对称短路引起的工频过电压升高对于中性点有效接地系统，当系统发生单相接地故障时，短路电流的零序分量会使健全相出现工频电压升高，常以不对称效应系数或接地系数表示由此而产生的工频电压升高的程度。系统中不对称8系统电压等级雷电 (稳态)(暂态)雷电 (稳态)(暂态)注：表中上标1、上标2、上标3分别对应的110kV变压器中性点绝缘等级为35kV、44kV9(资料性附录)断路器操作激发铁磁谐振过电压验算案例某电厂2号变压器(SFP-90000/242型)由运行转检修过程中，发现变压器中性点接地开关接头处着火。检查2202断路器发现C相仍在合闸位置，并误认为另两相也在合闸位置，值班员拉开变压器中性点222000隔离开关以防火势蔓延至主变压器。3min后2号主变压器重瓦斯保护动作，压力释放阀动作喷油，差动保护动作，两回220kV出线的2249断路器和2236断路器跳闸，220kV失灵保护动作，致1号机紧急停机，全厂失压。事后对2号主变压器进行电气试验发现，A、B两相直流电阻比C相大24%～27%,色谱分析乙炔含量为775.2μL/L,结论为高能量放电。解体发现A、B两相相间击穿，A、B两相绕组上部靠近中佳点有4饼线圈烧坏。系统接线图如图B.1所示。该案例属于断路器操作过程中操动机构故障，两相开断而一相拒分，此时出现非全相运行，属单相运行的情形，该变压器中性点承受相电压及不超过两倍相电压的暂态过电压，如形成铁磁谐振，则过电压更高，对绕组中性点绝缘威胁更大，故应验算是否可能形成激发铁磁谐振的条件。220220kV出线11号变压器高压断路器变压器-2号机出口隔离开关802变压器隔离开关8012号变压器高压断路器中性点放电器图B.1案例电厂电气系统一次接线图为分析方便，取A相拒分，B、C相正确开断(断线),示意图如图B.2所示。假定电源内阻抗、线路感抗与线路容抗相比可忽略不计。线路正序和零序电容的比值为δ=(C₀+3C₁₂)/C。,即C₂=(8-1)C₀/3,一般δ=1.5～2.0,在此取1.75。本案例变压器侧断路器拒动时，相当于断线点紧靠负荷，则C%=C。,C=C₁₂=0.25C。。因电源三相对称，三相电路等值为单相电路时，等值电动势为1.5E;B、C两相间的C被电源所短接。等值单相电路如图B.3所示。进一步将图B.3进行两次星形和三角形阻抗变换，再应用等值发电机原理简化成为单相的等值串联谐振回路，如图B.4所示。B、C相断路器断口间电容Cg与B、C相电源侧和线路侧电容C%、C”相比很小(仅十几皮法),可不计。图中等值电容和电感计算得E=kE₀,k为包含C%、C”和C2参数的复杂代数式(此略)。图B.2中性点不接地网络断路器拒分断线谐振示意电路图图B.3中性点不接地网络断路器拒分断线谐振等值单相电路图B.4等值串联谐振回路220kV2号变压器额定线电压UL=220kV,额由于变压器励磁特性的非线性，假设发生基频串联谐振，图B.4a)等值串联谐振回路的非线性电感L(等于1.5Lk)的伏安特性(V-I特性曲线)U₁=f(I)与电容C的伏安特性Uc=f(I)有交点，如图(资料性附录)间隙击穿电压试验值在标准大气状态下，棒-棒间隙在工频作用下的间隙平均放电电压、标准操作波和标准雷电波作用下的间隙冲击放电电压见表C.1～表C.3。棒-棒间隙水平布置，距离地面高1.8m,棒为φ16mm的圆钢，端部为半球形。表CA工频作用下间隙平均放电电压Ucp(有效值)单位：kV间隙距离σ表C.2标准操作波(±250/2500μs)作用下间隙冲击放电电压U50%(峰值)单位：kV间隙距离σ间隙距离0压的标准偏差，取为5%,在±3σ的区间内概率为99.7%。表C.3标准雷电波(±1.2/50μs)作用下间隙冲击放电电压U50%(峰值)单位：kV间隙距离σ表C.3(续)间隙距离σ注：Uso%(+)和Us₀%(-)分别为棒间隙正、负极性下标准雷电波(±1.2/50μs)50%冲击放电电压；σ为50%冲击放电电压的标准偏差，取为3%,在±3σ的区间内概率为99.7%。间隙距离(有效值)(峰值)间隙距离(有效值)(有效值)Us₀%(-)最大值(峰值)(峰值)1111111表C.6(续)正极性45间隙放电电压67745556间隙放电电压8895a)不接地系统单相接地稳态电压下间隙应动作(最低电压取正常电压的0.9倍),应以正常或最b)因接地故障形成局部不接地系统时，在单相接地暂态电压下间隙应动作。根据以上原则，核算的高1.8m、φ16mm、半球头圆钢、水平布置的棒-棒间隙的距离，110kV为110mm～135mm,220kV为260mm~295mm,见表D.1和表D.2。表D.1变压器中性点棒-棒间隙最大距离核算电压等级电压下间隙应动作(最低电压取正常电压的0.9倍间隙距离间隙距离正常最低暂态电压下间隙应动作间隙距离间隙距离暂态电压取1.6倍正常暂态电压取1.6倍最低8电压等级电压下间隙不应动作间隙距离间隙距离电压下间隙不应动作间隙距离间隙距离表D.3和表D.4给出了核算的110kV和220kV棒-棒间隙对不同绝缘等级的变压器中性点保护时的工频和雷电冲击耐受裕度。考虑运行过程中的绝缘老化因素，对中性点绝缘的工频和雷电冲击耐受电中性点绝缘等级推荐的棒间隙长度(较大值)工频耐受电压(有效值)Up+3σ(有效值)中性点绝缘等级推荐的棒间隙长度(较大值)雷电冲击耐受电压(有效值)Us0%(-)+3σ(峰值)E.1各省220kV和110kV变压器中性点间隙配置情况见表E.1。不同中性点绝缘水平下的避雷器和并联间隙的配置(间隙距离，避雷器额定电压残压)江西贵州安徽四川130mm土5mm140mm士5mm云南广西a采用单独间隙；b间隙与避雷器并联，但并未给出避雷器相关参数；给出的参数为海拔0m～1000m内，随着海拔变化需要进行修正；d并未给出避雷器残压值；给出的参数为海拔0m时，随着海拔变化需间隙保护时间间隙零序电压间隙零序电流电流时间：按躲过出线速断保护重合闸0.8s+开关动作0.2s+可靠0.5s整定电流时间：按躲过220kV线路重合闸，并躲过110kV出线全线灵敏段保护时间+△t(0.3s)时间整定，最小延时为1.2s南方电网总调电流时间：与线路单相重合闸配合广东云南限整定为1.3s跳变压器各侧断路器表E.2(续)间隙保护时间间隙零序电压间隙零序电流四川电流时间：可以适当延长，间隙零序电流不超过变压器对应绕组额定电流的3倍时，可以延长至5s贵州无广西电流时间：按躲过220kV线路单相重合闸时间和110kV线路距离Ⅱ段动作时间整定，一般可整定为1.2s(资料性附录)可控间隙成套保护装置结构和试验F.1基本结构可控间隙成套保护装置的结构示意图如图F.1所示，包括避雷器和可控间隙，可控间隙包括固定间隙、控制间隙、均压电容C1和C2、测量电容C3和控制回路。771C2测量控制间隙图F.1可控间隙成套保护装置的结构示意图F.2控制方式控制方式见6.4.2。F.3控制判据控制间隙受控制回路的控制而动作，控制回路是否输出有效信号取决于系统电压幅值和持续时间是否同时满足电压判据和时间判据。a)电压判据。当系统发生单相接地故障且失地或非全相运行故障时，变压器中性点过电压超过一定的范围，控制回路应输出控制间隙合闸信号，使控制间隙闭合。在雷电过电压下，以下述的电压持续时间作为控制间隙不应动作的判据。利用计算得到的中性点过电压、各元件参数等已知条件，选择合适的间隙距离后，间隙的50%放电电压Uso%和标准偏差σ即被确定。经试验测定，所选间隙的工频放电电压的σ为1.48%,雷电冲击放电电压的σ为5%。当外加电压为Uso%(1+3σ)时，间隙的