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楊龍山/中國石化工程建設有限公司隨著石化裝置規模的不斷增大，以往石化廠內部的6kV、10kV和35kV電壓等級已不能滿足大型石化裝置的用電需求，而紛紛建設110kV變電站，由于110kV系統屬于中性點有效接地系統，并且變壓器中性點大多采用分級絕緣，不同于6、10.和35.的中性點不接地或經消弧線□（或電阻）接地，所以在電力系統中普遍使用在110I分級絕緣變壓器中性點設置避雷器和放電間隙進行過電壓保護的方式，同樣也在石化供電系統中得到了應楊龍山/工程師用。本文就石化典型的供電系統來探討110kV變壓器中性點過電壓保護的配置與整定。
放電間隙避雷器中性點過電壓保護石化供電系統110kV變壓器中性點過電壓保護配置分析石化工廠一般采用引自系統的雙電源，自上而下放射式的單母線分段或雙母線接線。其運行方式絕大多數采用雙電源回路一雙變壓器一母線分段的分列運行方式。供電源系統接線多為內橋及單母線分段或雙母線接線。由于內橋不利于發展及擴建，在系統規劃中如不可能擴建則可采用，否則應采用單母線分段或雙母線接線。同時由于總變電所配電壓等級高，存在檢修時倒負荷可能，所以傳統上采用雙母線接線較多。為有效利用工藝裝置多余的蒸汽，般大型石化系統還配備自備電廠，發電機通過升壓變壓器接入石化供電系統。由此可知石化系統的電源通常有來自電力系統的外電網和自備發電機，其接入點大多都在110kV母線。所以特將其分為變壓器低壓側無電源的石化廠用饋電變壓器和變壓器低壓側有電源的升壓變壓器兩種方式，來分析石化供電系統110kV變壓器中性點的過電壓保護配置。
1.變壓器低壓側有電源的中性點保護配置此類保護主要針對由自備發電機經升壓變壓器接入110kV系統的情況。由于石化供電系統的自備發電機容量并不能時刻都滿足全廠用電需求，有時需從外電網購電，所以此升壓變壓器存在接地運行和不接地運行兩種可能。對于不接地運行的升壓變壓器，當110kV線路發生單相接地故障導致系統電源側的開關跳閘時，升壓變壓器與110kV系統解列。同時由于此變壓器中性點不接地而形成局部失地，然而單相接地故障仍存在，必將在變壓器的中性點產生過電壓，此過電壓大可達110kV系統大運行相電壓，即72.75kV，已遠遠超過石化供電系統所采用的44kV中性點標稱絕緣等級，必須采用放電間隙來保護變壓器中性點絕緣。同時根據標準規定00，110kV中性點直接接地的電力網中，當低壓側有電源的變壓器可能接地運行或不接地運行時，對外部單相接地而引起過電流，以及因失去接地中性點引起的電壓升高，應對分級絕緣的變壓器中性點裝設放電間隙。
2.變壓器低壓側無電源的中性點保護配置此類保護主要針對擔負著為工藝裝置供電的高壓側為110kV的廠用110kV饋電變壓器。對于石化供電系統，由于往往采用雙電源供電，且自上而下放射式的供電網絡，其接入電力系統的220/110kV變壓器不少于2臺，而這些變壓器的中性點接地方式需依電力系統統調度，所以這些變壓器均有接地和不接地兩種可能。根據標準規定m，應該會在這些分級絕緣的變壓器中性點裝設放電間隙。110kV作為中性點有效接地系統，110kV中性點的接地通常設在由電力部門管理的220kV變電所的主變壓器110kV中性點上，作為零序阻抗的主通道，其接地具有較高的可靠性。所以當110kV有效接地系統發生單相接地故障時，在變壓器中性點上產生過電壓，此時大可達0.6倍的系統相電壓，即43.65kV，小于石化系統所采用的44kV中性點標稱絕緣等級，此時的廠用110kV饋電變壓器可不裝設放電間隙。即使當110kV系統出現操作過電壓和諧振過電壓時，由于在上級變壓器中性點上安裝了放電間隙，均可使得該放電間隙動作從而使110kV下級的饋電變壓器解列。所以作為中性點過電壓防護的放電間隙，只需裝設在上級變電所的110kV變壓器中性點處，無須在廠用110kV饋電變壓器的高壓側中性點上裝設。
由于石化供電系統所采用的110kV變壓器中性點般均為分級絕緣，以及雷擊的不確定性，所以應該在所有的110kV變壓器中性點處安裝能與變壓器中性點絕緣相配合的避雷器。同時為檢修安全及調度，還應在所有的110kV變壓器中性點處安裝用于變壓器直接接地的隔離開關。
然而在工程中有很多在廠用110kV饋電變壓器的高壓側中性點也設置了放電間隙，通過上面的分析可知，在此處是不必設置放電間隙的。若安裝了放電間隙，由于避雷器上的殘壓較高，反而容易在與其并聯的避雷器遭受雷擊動作后，將放電間隙擊穿而使得繼電保護動作，將變壓器切掉而造成工廠斷電，終造成巨大的經濟損失。
此類事故在電力系統中已多次發生，對于供電連續性要求較高的石化企業應引以為鑒。
110kV變壓器中性點過電壓保護的配合原則及參數選擇為了有效地保護變壓器，其放電間隙、避雷器應與變壓器中性點的絕緣相配合，具體應滿足如下配合原則：當非直接接地變壓器的中性點出現危險的雷電沖擊過電壓時，避雷器或放電間隙應正確動作，以保護變壓器中性點絕緣不受損壞。
當非直接接地變壓器在單相接地故障中偶然形成局部不接地系統，同時又出現危險的非全相運行情況時，中性點放電間隙應可靠動作，以避免帶單相接地故障的局部不接地系統出現危險過電壓，而危及線端設備，與之配合使用的避雷器則不應發生動作。
當系統以有效接地方式運行且發生單相接地故障時，所出現的過電壓不應導致非直接接地的變壓器中性點放電間隙的放電，以免影響繼電保護的正確動作。
變壓器中性點避雷器的選擇由于無間隙金屬氧化物避雷器具有良好的非線性特性、泄露電流小等優點，在石化供配電系統中得到廣泛應用。根據DL/T 620?1997第5.3.4條，對于110kV有效接地系統，其中性點處的無間隙金屬氧化物避雷器持續運行電壓和額定電壓分別不應低于0.45Um和0.57Um，其中Um為110kV系統高運行電壓126kV.同時根據GB11032?2000第3.2條避雷器的分類，可知用于變壓器中性點的避雷器標稱放電電流取1.5kA.所以，可選擇YH1.5W?72/186無間隙金屬氧化物避雷器。根據GB 311.11997第5.5.4條分級絕緣的110kV變壓器中性點耐雷電沖擊的峰值電壓為250kV，所以其與避雷器大殘壓的配合系數為1.34，滿足規范要求，可保證變壓器中性點遭受雷擊時，其絕緣不受損壞。
變壓器中性點放電間隙的選擇由于間隙的放電電壓具有一定的分散性，但其概率分布接近正態分布，所以通常用電壓U50和標準偏差來表示。間隙在U50（1 +3）的擊穿概率和U50（1-3）的耐受概率均可運行電壓/kV中性點失地達99.86.在計算雷電沖擊放電時，取3，工頻放電取20.根據110kV變壓器中性點保護的配合原則第1條，在雷電沖擊下，間隙應擊穿放電以限制變壓器中性點的雷電過電壓，即放電間隙的雷電沖擊電壓U5.應滿足下式壓器中性點雷電沖擊峰值電壓，250kV；Q為表征按環境條件修正間隙放電電壓的氣象系數，所以放電間隙的50雷電擊穿電壓應滿足。
根據110kV變壓器中性點保護的配合原則第2條，在110kV系統中性點出現失地且發生單相接地故障時，放電間隙應可靠動作，即放電間隙的工頻放電電壓U50應滿足下式根據110kV變壓器中性點保護的配合原則第3條，110kV系統運行在有效接地方式下發生單相接地故障時，間隙不應被擊穿，即放電間隙的工頻放電電壓U50應滿足下式地，且發生單相接地故障時中性點上的穩態電壓有效值；取系統運行在高電壓下中性點有效接地，且發生單相接地故障時中性點上的穩態電壓有效值。
電網發生單相接地故障時，在中性點引起的過電壓H為為電網運行相電壓。
由式（4）可以得到下表所示的在中性點未失地和失地情況下，變壓器中性點出現的大穩態工頻過電壓。
表變壓器中性點大穩態工頻過電壓大穩態工頻過電壓/kV中性點未失地所以根據式（2）、式（3）及上表可得間隙的工頻放電電壓U50應滿足近正比，棒-棒間隙的平均擊穿場強的峰值約為6kV/cm0，故可計算出符合上述條件的棒-棒間隙長度為11~13cm.而間隙長度為11 50雷電擊穿電壓均小于150kV2，滿足110kV變壓器中性點保護的配合原則第1條。由此也可以看出，當與避雷器并聯使用時，當避雷器通過1.5kA的雷電流時，其殘壓為186kV，將大于間隙的50雷電擊穿電壓，間隙很可能被擊穿而造成誤動作，將事故擴大。110kV變壓器中性點保護的繼電保護整定原則根據標準規定m，并結合石化的供電運行規程，對于直接接地的變壓器，應裝設零序電流保護。零序電流保護由兩段構成，其動作電流應與相關線路的零序電流保護相配合，其中一段帶時限跳升高壓側，二段帶時限跳升兩側。
對于中性點裝設放電間隙的變壓器，除了裝設零序電流保護作為變壓器中性點直接接地運行時的保護外，還應增設零序電流電壓保護，作為變壓器中性點不接地運行時的保護。變壓器中性點如不接地運行，當電網中性點失地且發生單相接地故障時，中性點不接地的變壓器中性點將出現較高的零序電壓，放電間隙被擊穿，間隙零序電流起動，瞬時跳開變壓器兩側開關，將事故切除。如果放電間隙拒動作，則零序電壓延時起動跳開變壓器兩側開關。
對中性點不裝設放電間隙的分級絕緣變壓器，同樣要裝設零序電流保護，作為變壓器中性點直接接地運行時的保護。同時為防止上級變電所變壓器中性點處在110kV系統出現工頻過電壓時，其放電間隙拒動作，還應采用零序電壓保護延時斷開變壓器兩側開關。
根據規程H，間隙放電電流一次值一般取40~100A時動作。
零序電壓引自母線電壓互感器的開口三角，而石化供電系統在110kV系統所采用的電壓互感器變比為Up//lOO.由于110kV系統為有效接地系統，即X/X1矣3，所以根據本文中的式（4），可知在中性點不失地時，其過電壓不會超過0.6Uy，即開口三角不會大于180V.當實際系統中1."1<3時，也可根據實際取低于180V的值。
結束語根據本文的分析，對石化供電系統的110kV變壓器中性點過電壓保護方式應區別對待，對變壓器低壓側有自備電源的升壓變壓器，應采用放電間隙和避雷器并聯的中性點過電壓保護方式；對于變壓器低壓側無電源的廠用110kV饋電變壓器，可只采用避雷器的中性點過電壓保護方式。
放電間隙、避雷器的選擇要遵循一定的絕緣配合原則，并在繼電保護的整定值中根據實際需求設定合理的定值。
