變壓器中性點(diǎn)接地方式有三種:1)不接地;2)直接接地;3)經(jīng)電抗器接地。再分細(xì)些,則直接接地可分為部份接地(有效接地)和全部接地(極有效接地)兩種;而經(jīng)電抗器接地可分為經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電抗接地兩種。變壓器中性點(diǎn)接地方式不同,在其中性點(diǎn)上出現(xiàn)的過電壓幅值也不同,所以過電壓保護(hù)方案也不同。一般變壓器中性點(diǎn)不接地時中性點(diǎn)絕緣水平為全絕緣(與線端相同),不需要安裝避雷器,但在多雷區(qū)且單進(jìn)線裝有消弧線圈的變壓器應(yīng)在中性點(diǎn)加裝避雷器,其額定電壓與線端相同。一般變壓器部份接地時中性點(diǎn)絕緣水平為半絕緣(僅為線端的一半),中性點(diǎn)按其絕緣水平的不同,應(yīng)安裝相應(yīng)保護(hù)水平的避雷器。實(shí)踐證明:中性點(diǎn)部分接地時采用半絕緣的變壓器運(yùn)行基本上是安全的,僅在斷路器出現(xiàn)非全相或嚴(yán)重不同期產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點(diǎn)絕緣。因此DL/T620-1997【1】規(guī)定宜在中性點(diǎn)裝設(shè)間隙,對該間隙的要求為:“因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作;系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時間隙不應(yīng)動作。”為兼顧防雷方面要求還應(yīng)并接相應(yīng)避雷器。當(dāng)間隙與避雷器并接于中性點(diǎn)時應(yīng)滿足的要求為:“當(dāng)系統(tǒng)單相接地系數(shù)大于5時間隙才動作,間隙在雷電接地瞬態(tài)過電壓下不應(yīng)動作;避雷器在工頻和操作過電壓下不應(yīng)動作,在雷電接地的瞬態(tài)過電壓下才動作。”
110kV變壓器在部份接地系統(tǒng)中其中性點(diǎn)絕緣水平為35kV級,僅為線端絕緣水平的1/3,過電壓保護(hù)方案變得十分困難。筆者曾在【2】中作過介紹,建議把110kV變壓器中性點(diǎn)接地方式改為經(jīng)小電抗器接地。但是事隔3年,各方面均發(fā)生不少變化,筆者認(rèn)為有必要作進(jìn)一步的陳述。
1中性點(diǎn)部份接地方式的缺點(diǎn)
1.1避雷器難選
為了兼顧防雷和內(nèi)過電壓,通常中性點(diǎn)的保護(hù)方式為避雷器與間隙并列運(yùn)行。對避雷器的要求為在雷電過電壓下應(yīng)動作,在工頻或內(nèi)部過電壓下不應(yīng)動作。對有間隙的傳統(tǒng)的避雷器FZ或FCZ型而言,即滅弧電壓要高,沖擊放電電壓要低,這在目前國內(nèi)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品中是找不到的。只能采用非標(biāo)準(zhǔn)組合,另外附加電容來改變沖擊放電電壓以滿足要求。目前FZ或FCZ都是淘汰產(chǎn)品,今后都要用新型的金屬氧化物避雷器(MOA)來代替。MOA是無間隙的,即為YW型。對YW型MOA而言上述要求變?yōu)槌掷m(xù)運(yùn)行電壓要高,雷沖擊殘壓要低。這對中性點(diǎn)絕緣僅為線端絕緣的1/3的110kV變壓器是做不到的。
1.2間隙距離難選
由上所述,對間隙的要求為發(fā)生“失地”情況時應(yīng)動作(即間隙放電),“有地”情況時發(fā)生單相接地故障不應(yīng)動作??刂苿幼鞯氖侄尉褪情g隙距離的調(diào)整。通常裸露在大氣中的棒間隙放電電壓分散性很大,文【3】給出間隙120mm和115mm的沖擊放電電壓(平均值)的差值高達(dá)532kV(即106kV/mm,而區(qū)分“失地”和“有地”的沖擊放電電壓上下眼的差值僅為39kV,因此區(qū)別難度大。文【3】建議將間隙換裝在可以精確調(diào)整,材質(zhì)較好,密封良好、運(yùn)行條件較好的環(huán)境中(例如將棒間隙裝在透明、密封的絕緣盒中)。實(shí)際上此建議是行不通的,而且還要考慮空氣間隙放電與固體沿面放電的關(guān)系。
1.3繼電保護(hù)難選
中性點(diǎn)部分接地電網(wǎng)均設(shè)有防止出弧立不接地狀態(tài)的繼電保護(hù)。具體為零序過壓和間隙過流。文【4】指出這種“失地”保護(hù)不可靠,經(jīng)常有誤動情況出現(xiàn),一是電網(wǎng)發(fā)生接地故障時,與故障線路無關(guān)的其他主變間隙過流動作跳閘;二是供電線路故障時,受電端主零序過壓在電源側(cè)開關(guān)跳閘前動作跳閘。文【4】在分析引起誤動的各種原因后,提出用比較兩健全相電壓間的相應(yīng)位作為零序過壓保護(hù)的動作條件之一,構(gòu)成相位閉鎖的零序過電壓保護(hù);比較主變中性點(diǎn)零序電流與110kV相電流的絕對值閉鎖間隙過流保護(hù)的方案。此方案的問題有二條,一是在原方案的基礎(chǔ)上加兩個閉鎖裝置,增加了裝置的復(fù)雜性,眾所周知繼保裝置越復(fù)雜,可靠性越差;二是該方案在理論上是可行的,技術(shù)上要引入微機(jī)保護(hù),開發(fā)新產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)效益上是否值得?
2中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地方式的優(yōu)點(diǎn)
2.1絕緣水平要求降低,保護(hù)方案易選
文【5】指出110kV變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地后,中性點(diǎn)絕緣水平可采用20kV級。即工頻1min耐壓55kV,全波沖擊耐壓125kV。絕緣水平要求下降是以不會出現(xiàn)高幅值過電壓為基礎(chǔ)的,這意味著原變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地后可省去原有的避雷器和棒間隙等設(shè)備,而且保護(hù)是可靠的。(原變壓器中性點(diǎn)絕緣水平為35kV級。即工頻1min耐壓85kV,全波沖擊耐壓185kV)。
2.2接地方式統(tǒng)一,繼保裝置簡化
不存在部分中性點(diǎn)不接地的變壓器,自然不會出現(xiàn)弧立的不接地電網(wǎng),因此防“失地”的繼保裝置可以省略。眾所周知繼保裝置越簡單,可靠性越高。
2.3中性點(diǎn)部分接地方式的優(yōu)點(diǎn)全部保留
中性點(diǎn)部分接地方式的優(yōu)點(diǎn)是:(1)可采用簡單可靠的零序繼電保護(hù);(2)斷路器遮斷容量不受單相短路電流的限制;(3)單相接地對通訊線路的干擾也較校文【5】指出當(dāng)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地時,只要小電抗阻值選擇適當(dāng),就可以起到變壓器中性點(diǎn)部分接地作用。
3對變壓器中性點(diǎn)小電抗的技術(shù)要求
3.1阻抗及阻抗特性
阻抗值為變壓器零序電抗的1/3。變壓器零序電抗一般計(jì)算方法很復(fù)雜,需作試驗(yàn)確定。文【6】給出變壓器零序阻抗工程計(jì)算法,計(jì)算結(jié)果表明:對三相雙繞組的變壓器,與實(shí)測數(shù)據(jù)相比,誤差小于1.5%,對三相三線繞組變壓器,與實(shí)測數(shù)據(jù)相比,誤差小于6.2%。這在工程計(jì)算中是允許的。
在最大和最小運(yùn)行方式下,在流過小電抗的最大單相短路電流范圍內(nèi)保持阻抗為線性。
3.2熱穩(wěn)定
一般主要變壓器熱穩(wěn)定時間為2s,因此要求小電流在流過最大單相短路電流時,其熱穩(wěn)定時間也為2s。其長期工作電流約為最大零序電流的0.12倍。
3.3絕緣水平
一般應(yīng)與變壓器中性點(diǎn)絕緣水平相同。110kV變壓器中性點(diǎn)絕緣水平為35kV級時,小電抗絕緣水平也為35kV級,由于有充足的裕度,可省去避雷器。
4結(jié)語
變壓器變壓器中性點(diǎn)接地方式有三種:1)不接地;2)直接接地;3)經(jīng)電抗器接地。再分細(xì)些,則直接接地可分為部份接地(有效接地)和全部接地(極有效接地)兩種;而經(jīng)電抗器接地可分為經(jīng)消弧線圈接地和經(jīng)小電抗接地兩種。變壓器中性點(diǎn)接地方式不同,在其中性點(diǎn)上出現(xiàn)的過電壓幅值也不同,所以過電壓保護(hù)方案也不同。一般變壓器中性點(diǎn)不接地時中性點(diǎn)絕緣水平為全絕緣(與線端相同),不需要安裝避雷器,但在多雷區(qū)且單進(jìn)線裝有消弧線圈的變壓器應(yīng)在中性點(diǎn)加裝避雷器,其額定電壓與線端相同。一般變壓器部份接地時中性點(diǎn)絕緣水平為半絕緣(僅為線端的一半),中性點(diǎn)按其絕緣水平的不同,應(yīng)安裝相應(yīng)保護(hù)水平的避雷器。實(shí)踐證明:中性點(diǎn)部分接地時采用半絕緣的變壓器運(yùn)行基本上是安全的,僅在斷路器出現(xiàn)非全相或嚴(yán)重不同期產(chǎn)生的鐵磁諧振過電壓可能危及中性點(diǎn)絕緣。因此DL/T620-1997【1】規(guī)定宜在中性點(diǎn)裝設(shè)間隙,對該間隙的要求為:“因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作;系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時間隙不應(yīng)動作。”為兼顧防雷方面要求還應(yīng)并接相應(yīng)避雷器。當(dāng)間隙與避雷器并接于中性點(diǎn)時應(yīng)滿足的要求為:“當(dāng)系統(tǒng)單相接地系數(shù)大于5時間隙才動作,間隙在雷電接地瞬態(tài)過電壓下不應(yīng)動作;避雷器在工頻和操作過電壓下不應(yīng)動作,在雷電接地的瞬態(tài)過電壓下才動作。”
110kV變壓器在部份接地系統(tǒng)中其中性點(diǎn)絕緣水平為35kV級,僅為線端絕緣水平的1/3,過電壓保護(hù)方案變得十分困難。筆者曾在【2】中作過介紹,建議把110kV變壓器中性點(diǎn)接地方式改為經(jīng)小電抗器接地。但是事隔3年,各方面均發(fā)生不少變化,筆者認(rèn)為有必要作進(jìn)一步的陳述。
1中性點(diǎn)部份接地方式的缺點(diǎn)
1.1避雷器難選
為了兼顧防雷和內(nèi)過電壓,通常中性點(diǎn)的保護(hù)方式為避雷器與間隙并列運(yùn)行。對避雷器的要求為在雷電過電壓下應(yīng)動作,在工頻或內(nèi)部過電壓下不應(yīng)動作。對有間隙的傳統(tǒng)的避雷器FZ或FCZ型而言,即滅弧電壓要高,沖擊放電電壓要低,這在目前國內(nèi)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品中是找不到的。只能采用非標(biāo)準(zhǔn)組合,另外附加電容來改變沖擊放電電壓以滿足要求。目前FZ或FCZ都是淘汰產(chǎn)品,今后都要用新型的金屬氧化物避雷器(MOA)來代替。MOA是無間隙的,即為YW型。對YW型MOA而言上述要求變?yōu)槌掷m(xù)運(yùn)行電壓要高,雷沖擊殘壓要低。這對中性點(diǎn)絕緣僅為線端絕緣的1/3的110kV變壓器是做不到的。
1.2間隙距離難選
由上所述,對間隙的要求為發(fā)生“失地”情況時應(yīng)動作(即間隙放電),“有地”情況時發(fā)生單相接地故障不應(yīng)動作??刂苿幼鞯氖侄尉褪情g隙距離的調(diào)整。通常裸露在大氣中的棒間隙放電電壓分散性很大,文【3】給出間隙120mm和115mm的沖擊放電電壓(平均值)的差值高達(dá)532kV(即106kV/mm,而區(qū)分“失地”和“有地”的沖擊放電電壓上下眼的差值僅為39kV,因此區(qū)別難度大。文【3】建議將間隙換裝在可以精確調(diào)整,材質(zhì)較好,密封良好、運(yùn)行條件較好的環(huán)境中(例如將棒間隙裝在透明、密封的絕緣盒中)。實(shí)際上此建議是行不通的,而且還要考慮空氣間隙放電與固體沿面放電的關(guān)系。
1.3繼電保護(hù)難選
中性點(diǎn)部分接地電網(wǎng)均設(shè)有防止出弧立不接地狀態(tài)的繼電保護(hù)。具體為零序過壓和間隙過流。文【4】指出這種“失地”保護(hù)不可靠,經(jīng)常有誤動情況出現(xiàn),一是電網(wǎng)發(fā)生接地故障時,與故障線路無關(guān)的其他主變間隙過流動作跳閘;二是供電線路故障時,受電端主零序過壓在電源側(cè)開關(guān)跳閘前動作跳閘。文【4】在分析引起誤動的各種原因后,提出用比較兩健全相電壓間的相應(yīng)位作為零序過壓保護(hù)的動作條件之一,構(gòu)成相位閉鎖的零序過電壓保護(hù);比較主變中性點(diǎn)零序電流與110kV相電流的絕對值閉鎖間隙過流保護(hù)的方案。此方案的問題有二條,一是在原方案的基礎(chǔ)上加兩個閉鎖裝置,增加了裝置的復(fù)雜性,眾所周知繼保裝置越復(fù)雜,可靠性越差;二是該方案在理論上是可行的,技術(shù)上要引入微機(jī)保護(hù),開發(fā)新產(chǎn)品在經(jīng)濟(jì)效益上是否值得?
2中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地方式的優(yōu)點(diǎn)
2.1絕緣水平要求降低,保護(hù)方案易選
文【5】指出110kV變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地后,中性點(diǎn)絕緣水平可采用20kV級。即工頻1min耐壓55kV,全波沖擊耐壓125kV。絕緣水平要求下降是以不會出現(xiàn)高幅值過電壓為基礎(chǔ)的,這意味著原變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地后可省去原有的避雷器和棒間隙等設(shè)備,而且保護(hù)是可靠的。(原變壓器中性點(diǎn)絕緣水平為35kV級。即工頻1min耐壓85kV,全波沖擊耐壓185kV)。
2.2接地方式統(tǒng)一,繼保裝置簡化
不存在部分中性點(diǎn)不接地的變壓器,自然不會出現(xiàn)弧立的不接地電網(wǎng),因此防“失地”的繼保裝置可以省略。眾所周知繼保裝置越簡單,可靠性越高。
2.3中性點(diǎn)部分接地方式的優(yōu)點(diǎn)全部保留
中性點(diǎn)部分接地方式的優(yōu)點(diǎn)是:(1)可采用簡單可靠的零序繼電保護(hù);(2)斷路器遮斷容量不受單相短路電流的限制;(3)單相接地對通訊線路的干擾也較校文【5】指出當(dāng)變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地時,只要小電抗阻值選擇適當(dāng),就可以起到變壓器中性點(diǎn)部分接地作用。
3對變壓器中性點(diǎn)小電抗的技術(shù)要求
3.1阻抗及阻抗特性
阻抗值為變壓器零序電抗的1/3。變壓器零序電抗一般計(jì)算方法很復(fù)雜,需作試驗(yàn)確定。文【6】給出變壓器零序阻抗工程計(jì)算法,計(jì)算結(jié)果表明:對三相雙繞組的變壓器,與實(shí)測數(shù)據(jù)相比,誤差小于1.5%,對三相三線繞組變壓器,與實(shí)測數(shù)據(jù)相比,誤差小于6.2%。這在工程計(jì)算中是允許的。
在最大和最小運(yùn)行方式下,在流過小電抗的最大單相短路電流范圍內(nèi)保持阻抗為線性。
3.2熱穩(wěn)定
一般主要變壓器熱穩(wěn)定時間為2s,因此要求小電流在流過最大單相短路電流時,其熱穩(wěn)定時間也為2s。其長期工作電流約為最大零序電流的0.12倍。
3.3絕緣水平
一般應(yīng)與變壓器中性點(diǎn)絕緣水平相同。110kV變壓器中性點(diǎn)絕緣水平為35kV級時,小電抗絕緣水平也為35kV級,由于有充足的裕度,可省去避雷器。
4結(jié)語
變壓器中性點(diǎn)由有效接地(部分接地)改為極有效接地(全部直接接地或經(jīng)小電抗接地)這一科研成果是從500kV變壓器取得,并于1986年6月在葛州壩大江電廠升壓站7臺升壓變壓器付諸實(shí)踐。運(yùn)行至今已近15年,還沒有見到發(fā)生故障的報(bào)道,證明是成功的。此項(xiàng)科研成果獲得者在文【5】中指出:變壓器中性點(diǎn)經(jīng)小電流接地方式可在500kV電網(wǎng)中因地制宜地推廣,110~330kV電網(wǎng)可參照采用。尤其對僅有兩臺相同主變的電廠或變電站(100~500kV)可推廣采用,其作用與部分接地完全一樣。
此項(xiàng)科研成果已為有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)接受,GB311.1—1997【7】和DL/T620—1997【1】中均規(guī)定500kV變壓器中性點(diǎn)接地方式為全部直接接地和經(jīng)小電抗接地兩種;文【1】還推廣到330kV變壓器,110kV和220kV變壓器中性點(diǎn)全部直接或經(jīng)小電抗接地,部分中性點(diǎn)也可不接地。文【1】對110kV變壓器中性點(diǎn)絕緣水平仍維持文【7】的相同的規(guī)定,其絕緣水平僅為工頻1min耐壓95kV,全波沖擊耐壓250kV一種。
筆者認(rèn)為推廣到110kV變壓器,特別是頻繁發(fā)生“失地”保護(hù)誤動,跳主變?nèi)齻?cè)的變電站,這也許是克服此現(xiàn)象的唯一途徑。雖然增加了小電抗的投資,但節(jié)省了避雷器、棒間隙和“失地”保護(hù)裝置等設(shè)備,經(jīng)濟(jì)效益并不會差。