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摘要：电力变压器是电力系统运行的核心设备，110kV电压是电网中应用范围最广的电压等级，110kV电力变压器一旦出现故障将会造成大面积停电，甚至出现电力安全事故。110kV变压器中性点不接地运行是比较常见的运行方式，为了避免绝缘击穿，确保其安全稳定运行，其中性点必须采取适当的保护方式。本文主要探讨了110kV不接地运行变压器中性点最主要的三种保护方式：棒间隙、MOA和棒间隙并联MOA，并以44kV中性点绝缘电压等级的110kV变压器为例，介绍了棒间隙并联MOA保护方式的选择计算。
关键词：110kV电压；变压器；不接地方式；中性点保护方式
引言
近年来，随着一些大型石化一体化项目和集中式太阳能发电项目的建设，110kV电压等级变电所设计建设变得越来越普遍，电网的规模也在逐渐扩大，电源点的分布范围也越来越广。为了1）限制单相短路电流；2）控制单相短路电流的数值和在系统中的分布，以满足零序保护要求；3）减少不对称单相短路电流对通信系统的干扰，通常我国110kV变压器中性点部分采用直接接地运行方式和部分采用不接地运行方式。随着电力系统电压等级的提高，输变电设备的绝缘部分占总设备投资的比重也越来越大，从经济性角度考虑，一般110kV变压器中性点采用分级绝缘设计。在变压器中性点不接地运行时，为了防止因断路器非同期操作，线路非全相断线，或因继电保护的原因造成中性点不接地的孤立系统带单相接地运行，引起变压器中性点绝缘损坏，应在变压器中性点装设过电压保护装置。因此，如何在中性点不接地的情况下，选择110kV变压器中性点保护方式成为电网运行的关键因素。
1 110kV不接地运行变压器中性点保护方式
110kV电网不接地运行中，变压器中性点保护方式有:棒间隙保护方式、MOA保护方式和棒间隙并联MOA保护方式三种。这三种保护方式运行模式不同，所以保护效果也不同。在选择中性点保护方式的时候，要综合各个方面的因素：变压器中性点保护方式不仅要考虑雷击自然因素的影响，还要考虑操作过电压、工频过电压、继电保护等电力设备的影响，对每一种保护方式进行分析，确保变压器正常运行。
1.1棒间隙保护方式
这种保护方式，结构简单可靠、无爆炸危险、运行维护量小，在雷电、操作和工频过电压下都可以对变压器进行保护；但是，也存在不少缺陷，如：放电分散性大、保护性能一般、工频续流较大、灭弧能力较差、间隙放电时会产生截波，对主变纵绝缘也有一定的影响、以继电保护动作判断间隙动作，继电保护误动很容易造成变压器跳闸，从而引起电力安全事故，给供电企业带来巨大的经济损失。所以，这种不接地中性点保护保护方式在电网中应用很少。
1.2 MOA保护方式
这种保护方式，绝缘性能比较稳定，能有效地限制电力系统中的各种过电压，且在放电过程中变压器中性点不会产生截波，通流容量大且无续流，动作迅速，对主变冲击小；缺点是不能防护工频过电压，往往高频过电压时自身难保。
1.3棒间隙并联MOA保护方式
棒间隙并联MOA保护方式将上述两种保护方式的优点有效地结合在一起。110kV变压器中性点绝缘保护选择一组MOA就能有效避免雷电危害，不需要增加其他防雷设施。但是，由于电网运行过程中，受到不同工频以及过电压的影响，如果过电压超过了变压器的绝缘水平，就会引起MOA动作并造成MOA爆炸，从而影响电网的正常运行。因此，一般采取棒间隙并联进行互补。但是这两者之间放电特性不同，并联在一起，如果配合不当，就会导致继电保护误动，从而造成变压器跳闸事故的发生。
2 110kV不接地运行变压器中性点棒间隙并联MOA保护方式与继电保护配合原理
避雷器和棒间隙构成一次高压保护，母线3U0过电压+间隙零序过电流+直接接地零序过电流构成二次继电保护，见图1，二者共同构成对变压器中性点的绝缘保护。
具体工况为：
1）中性点直接接地运行时，零序电流保护起作用，避雷器作为后备（防止直接接地运行因故变成中性点不接地运行）；
2）不接地运行时，在大气过电压或系统接地故障瞬态过电压下，避雷器动作；
3）不接地运行时，系统故障引起工频过电压，棒间隙放电，同时间隙零序电流保护动作切除变压器，母线3U0过电压保护作后备。
3 棒间隙和MOA的配合原则
采用棒间隙并联MOA保护方式必须注意以下几个方面：
1）当系统以有效的接地方式运行时发生单相接地故障 ，中性点稳态时和暂态过程中棒间隙不应该动作 ，对避雷器不造成损害。满足对变压器中性点工频耐压和雷电冲击耐压的要求。
2）当系统由于单相接地故障转变为中性点不接地的孤立系统时和非全相运行时，间隙应先与避雷器可靠动作，降低中性点的工频过电压，避免损坏避雷器 ，改变孤立绝缘的运行方式。间隙放电后要满足中性点工频绝缘耐压的要求。
3）当系统中产生操作过电压和雷电过电压时，避雷器动作，间隙不动作。 避雷器放电后的雷电冲击放电电压 ，要低于变压器中性点的雷电冲击耐压，以满足中性点雷电冲击耐压的要求。
4 110kV不接地运行变压器中性点棒间隙并联MOA保护方式计算实例
根据GB 311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》规定，110 kV 变压器中性点的绝缘均为分级绝缘，其绝缘水平见表1。
以变压器中性点绝缘等级44kV为例，来确定避雷器（MOA）和间隙的相关参数。
1）变压器中性点过电压通常有以下4种情况：
a）当变压器以有效方式的接地方式运行时发生单相接地故障时，此时，中性点过电压的稳态值和暂态值：
稳态最高值U=0.6*Un/*1.15=0.6*63.5*1.15=43.5kV;
暂态最高值U=0.85*R*Un/*1.15=0.85*1.5*63.5*1.15=92.9kV;
（Un为系统线电压——110kV，R为变压器振荡系数——1.5）
b）当变压器形成带单相接地故障的局部不接地系统时，此时，中性点过电压的稳态值和暂态值：
稳态最高值U=73kV;
暂态最高值U=155kV;
c）当系统非全相运行时，此时，中性点过电压的稳态值：
稳态最高值U=131.5~182.6kV;
d）雷电冲击过电压和操作过电压
2）避雷器的相关参数
选择Y1.5W-60/144避雷器，其工频电压60kV，操作残压137kV，放电残压144kV。
3）110kV常用棒间隙的放电电压表
表2 110kV常用棒间隙的放电电压表
棒间隙距离工频放电电压负极性50%雷电冲击放电电压操作冲击放电电压幅值
100mm48.8kV97.1kV104kV
110mm51.5kV99.7kV106kV
120mm54.2kV107.3kV113kV
130mm57.5kV113.9kV120kV
（考虑到气象因素，计算时，取上下限系数0.9～1.1）
4）根据变压器中性点绝缘的参数、避雷器的参数和间隙放电表格的参数可得：
当变压器在有效的接地方式中，变压器中性点稳态过电压值43.5kV，低于100～130mm棒间隙的工频放电电压下限值48.8kV-57.5kV（取1系数），棒间隙不动作，也低于避雷器的额定电压值60kV，对避雷器也没有损害，满足对变压器中性点工频耐压的要求；发生暂态时，中性点暂态过电压值92.9kV，低于间隙的操作冲击过电压为104～120kV（取1系数）和雷电过电压97.1-113.9kV（取1系数）, 间隙不会动作 ，也低于避雷器的操作残压值137kV，对避雷器也没有影响 ，且都小于变压器中性点雷电冲击耐压值212.5kV，满足“条件1）”。
当系统由于单相接地故障转变为中性点不接地的孤立系统时和非全相运行时，中性点的稳态电压最小值为73kV,大于棒间隙100～130mm 工频放电电压上限值48.8kV～57.5kV，棒间隙会击穿，发生间隙放电，放电后中性点电压限制在60kV以下， 保护了避雷器，低于变压器的中性点绝缘工频电压80.8kV，满足中性点工频绝缘耐压的要求， 满足“条件2）”。
100～130mm间隙50%雷电冲击放电电压97.1-113.9kV，操作过电压104-120kV，都高于避雷器的额定电压60kV，当系统中产生雷电冲击电压和操作过电压时，避雷器开始动作，操作残压137kV，放电残压144kV，也小于变压器中性点雷电冲击耐压212.5kV，满足中性点雷电冲击耐压的要求。
综上所述，选择100～130mm的间隙和Y1.5W-60/144避雷器配合能满足变压器中性点绝缘95kV的要求，也能满足雷电冲击250kV的要求，并有一定的裕度。
4 结束语
110kV变压器中性点不接地运行时，如果电网出现故障，可能威胁到变压器的安全性和稳定性，导致电网无法有效的运行。当前，变压器中性点保护方式有很多，电力技术人员要根据电网的实际情况，变压器绝缘等级，选择科学、合理的保护方式，从而确保110kV电网安全运行。
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论文作者:杨平国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第5期
论文发表时间:2017/5/27
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