220kV变压器中性点过电压及保护分析论文_张高明,栾浩然,樊磊

(国网鞍山供电公司 辽宁鞍山 114000)

摘要:目前,对于我国110kV 以及220kV 等级变压器,一般会使用部分中性点接地的方式进行设备运行。在变压器的实际运行过程中,由于受到某些因素的影响,很容易导致变压器的中性点一直保持过电压状态,而这一问题会导致变压器中性点的绝缘性能不断降低,因此,必须加强对于变压器中性点的过电压保护和分析。本文分析变压器在雷电过电压下的绕组仿真模型,并通过对变压器中性点受到线路上的入侵雷电波作用时的实际过电压情况进行仿真,阐述了110kV和220kV变压器中性点过电压及保护。

关键词:变压器;过电压;保护

目前,我国电力系统通常会使用避雷器并联棒间隙的方式对系统变压器中的中性点绝缘进行保护,其运行原理为:当雷电波施加在变压器时,变压器中性点会产生动作以保证中性点绝点不会受到损坏:而在系统产生单项接地故障时,中性点的棒间隙则会产生动作使变压器中性点不会受到电压损坏。但是对于这种方式来说,在运行过程中并没有对变压器的过电压情况进行充分考虑,并因此可能使中性点在保护配合方面存在一定的缺陷,在实际使用中经常会出现由于配合不良而发生系统故障。其中,单相接地故障是经常出现的一类故障.变压器中性点棒间隙发生动作,会使变压器出现误切除的情况,并因此出现变压器甩负荷的问题。为此,需要对过电压情况进行研究与分析。

一、变压器中性点的过电压

过压保护即为当被保护线路的电源电压高于一定数值时,保护器切断该线路;当电源电压恢复到正常范围时,保护器自动接通。变压器运行时,如果电压超过他的最大允许工作电压,称为变压器的过电压。过电压往往对变压器的绝缘有很大的危害,甚至使绝缘击穿。

1、雷电过电压。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和变压器的特性,一般其过电压值可按下式计算:

式中:n为侵入雷电波的相数;γ 为变压器振荡衰减系数,纠结式绕组取0.5,连续式绕组取0.8;Ub为变压器入口处避雷器上的残压。变压器中性点上的雷电过电压以三相同时进波最为严重,理论上会产生近两倍入射波过电压。实际上,由于铁芯损耗等阻力作用,三相进波时中性点上的雷电过电压一般会低于理论值。

2、内部过电压。内部过电压指在电力系统正常运行方式下,由于断路器操作和各类故障如接地、断线等,使电力系统参数发生变化,从而引起电磁能量的振荡转化和传递而出现的电压升高。内部过电压分为操作过电压和暂时过电压两类。反映在中性点上的内部过电压主要表现为发生单相接地时中性点过电压和断路器非全相分合闸造成中性点过电压。1)单相接地中性点过电压。单相接地故障造成三相不对称运行,在变压器中性点上必然会产生过电压。正常网络发生单相接地故障时,系统允许其工作2h左右,在断路器跳开单相接地故障之前,变压器中性点稳态过电压计算公式为:

其中:K =X0/X1,当K =3时过电压最严重。此时U0=0.35U,Ue取最高运行线电压。如果系统单相接地时接地变压器侧断路器跳闸,不接地变压器侧断路器拒动,则系统形成局部不接地系统,此时的中性点过电压值更高,其值近似为相电压值,如在l10kV变压器中表现的中性点电位的稳态值为73kV。这种非正常运行状态曾在不少地区出现,引起健全相及中性点避雷器爆炸。

2)非全相分合闸过电压。由于断路器非全相分合闸造成中性点过电压。当系统一相开关合上或处于分断位置的断路器一相断口击穿时,变压器中性点过电压值大小可近视为相电压,在这种情况下相当于变压器电感L与线路线间电容并联后再与线间零序电容构成回路,如果参数匹配就会产生铁磁谐振,在中性点上产生较高过电压。如果是双电源且两个电源的电压反相,则中性点的电位为两倍相电压,这种情况出现的概率非常少。由于现在断路器都是连动的,因此出现上述情形比较少,但在实际变电站运行中曾出现过,在中性点过电压保护的设计中也要给予考虑。

二、变压器装电过电压微型

目前,为了科学、合理的选择变压器中性点保护配合的参数, 应该综合考虑棒间隙、工频放电电压以及避雷器放电电压。然而,在具体的工作中,如果变压器内有雷电侵入,则很容易同时受到避雷器和变压器绕组作用, 而这一问题会导致中性点不能形成标准的雷电波形。除此以外,在中性点的电压的作用下, 棒间隙的放电电压与标准的雷电波形也会出现一定的差异。因此,了科学、合理的选择变压器中性点保护配合的参数,还应该考虑中性点的实际过电压。当研究雷电波侵入时变压器中性点的过电压时, 应该依据相关规范和设计标准,合理设计绕组模型。新时期,对于变压器模型的相关研究已经比较深入并取得了一定的成绩,在模型的创建过程中, 必须综合考虑当变压器处于不同的电压下的具体的作用方式。如果受到雷电波的影响,则针对电压过程的模型也有很多种类。目前,变压器厂家数量较多,而且由于技术水平、生产规范的差异, 不同厂家生产的变压器的结构、参数差异性较大,因此无法明确变压器的结构参数。在所有的模型设计中,链式模型的应用范围比较广泛。

三、变压器中性点不设置缘装器过电压仿真计算

通常情况下,在变压器的入口处,往往会安装避雷器,这样有利于变压器避免雷电袭击造成损坏。在对避雷器进行过电压仿真计算的过程中, 雷电波一般为500kV,而电压波波动时间一般为50μs,电压器的参数一般设置为30MVA,通过仿真计算,可以得到中性点的实际电压波形,如图所示。

通过对图进行详细分析,可以发现,中性点的过电压幅值大约为变压器入口避雷器残压值的两倍,另外,标准雷电波的波动时间较长。综合考虑变压器的实际容量, 合理设置变压器链式电容参数,然后通过计算分析,就可以确定:对于100kV 变压器,当受到雷电波的侵入后,在中性点处,电压波的波动时间大约在23-50μs 之间;当受到单相雷电波的侵入时,电波的波动时间大约在30-64μs之间。

四、中性点缘装器装电过电压仿真计算

如果变压器不接地, 则通常会将中性点与避雷器进行连接,通过这一方式限制中性点过电压,而此时,中性点的位置也会随着过电压的波形的变化而不断发生改变。在系统中,如果变压器受到三相雷电波的侵入,则在中心点处会出现过电压,具体的波形以及模型如图所示。如果变压器不直接接地, 而且其中性点与避雷器有效连接,则当受到电波的作用时,避雷器会发生一定的动作,除此以外,中性点的波形也会不断发生改变,而过电压的幅值也会不断降低。由此可见,当受到电压的影响时,中性点间隙比较容易发生动作。通常情况下,110kV 变压器中性点过电压最大幅值大约为166kV,如果变压器中有单相雷电波的侵入,则峰值会持续较长一段时间,大约在50-66μs之间;如果变压器中有三相雷电波的侵入,则峰值会持续更长一段时间,大约在170-190μs之间。另外,220kV 变压器的中性点的过电压最大幅值一般为290kV 左右,如果变压器中有单相雷电波的侵入,则峰值会持续42-60μs左右;如果变压器中有三相雷电波的侵入,则峰值一般会持续140-170μs左右。

结论

1、对于110kV 和220kV 分级绝缘变压器中性点过电压装置,首先需要确保中性点的绝缘配合符合要求,然后再满足继电保护设备的要求。

2、当变压器在较长一段时间内处于单相运行状态时,变压器的避雷器以及绝缘设备的工作压力过大, 就会导致设备受到损坏, 所以, 必须在变压器的中性点设置一定的保护间隙。通过保护间隙的作用,可以有效保护变压器中的避雷器和绝缘设备,避免其受到损坏。

3、在11kV 变压器中性点的避雷器选择上,应该选择额定电压110kV 无间隙氧化锌避雷器, 这样能较好地实现上述配合要求。

参考文献

[1]赵智大.刍议110kV 变压器中性点过电压保护的完善[J].河南科技,2014(16).

[2]秦家远,阮江军.110kV 电力系统变压器中性点保护用触发控制间隙[J].哈尔滨理工大学学报,2016(02).

[3]余占清.110kV变压器中性点雷击闪络故障分析及防治措施[J].广东电力,2015(02).

论文作者:张高明,栾浩然,樊磊

论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期

论文发表时间:2017/12/21

标签:;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

220kV变压器中性点过电压及保护分析论文_张高明,栾浩然,樊磊
下载Doc文档

猜你喜欢