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　　為限制單相接地短路電流，防止通信干擾和繼電保護(hù)的整定配置等要求，在110、220kV中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中，部分變壓器中性點(diǎn)常采取不接地運(yùn)行方式。在運(yùn)行過程中，變壓器中性點(diǎn)會(huì)承受雷電、合/分閘操作、單相接地（不失地或失地）和非全相運(yùn)行過電壓等過電壓的作用，這些過電壓可能會(huì)對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣造成損害，需采取保護(hù)措施。

　　目前，110、220kV變壓器中性點(diǎn)保護(hù)措施主要有：?jiǎn)我婚g隙、單一金屬氧化物避雷器（metaloxidearrester，MOA）、間隙與金屬氧化物避雷器并聯(lián)保護(hù)、小電抗。間隙易造成同塔雙回線路停運(yùn)事故，避雷器在工頻過電壓下比較危險(xiǎn)，間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式存在絕緣配合困難，小電抗對(duì)變電站設(shè)備改造較多等問題，亟需探索新的變壓器中性點(diǎn)保護(hù)方式。

　　本文對(duì)變壓器中性點(diǎn)過電壓進(jìn)行仿真計(jì)算，給出危及變壓器中性點(diǎn)絕緣的過電壓，簡(jiǎn)述變壓器中性點(diǎn)現(xiàn)有保護(hù)方式及存在的問題。后提出一種新型可控間隙和避雷器并聯(lián)保護(hù)方式，對(duì)新型保護(hù)方式的結(jié)構(gòu)型式、工作原理和控制策略進(jìn)行詳細(xì)闡述，并對(duì)該方式的有效性進(jìn)行模擬試驗(yàn)驗(yàn)證。

　　L回制C3 1變壓器中性點(diǎn)過電壓能承受雷電、合/分閘操作、單相接地不失地、單相接地且失地過電壓和非全相運(yùn)行過電壓等過電壓的作用。本文選取典型110、220kV變電站，對(duì)上述過電壓進(jìn)行仿真計(jì)算，結(jié)果見表1.表1110、220kV變壓器中性點(diǎn)過電壓系統(tǒng)電壓過電壓變壓器中性點(diǎn)過變壓器中性點(diǎn)絕等級(jí)/kV類型電壓大值/kV緣水平/kV雷電合/分閘操作單相接地（穩(wěn)態(tài)）不失地失地單相接地不失地（暫態(tài)）失地非全相運(yùn)行雷電合/分閘操作單相接地不失地（穩(wěn)態(tài)）失地單相接地不失地（暫態(tài)）失地非全相運(yùn)行注：1、2、3分別對(duì)應(yīng)于110kV變壓器中性點(diǎn)絕緣等級(jí)35、44、受的雷電、單相接地且失地和非全相運(yùn)行過電壓均可能超過其中性點(diǎn)絕緣水平，需要采取保護(hù)措施。2變壓器中性點(diǎn)現(xiàn)有保護(hù)方式目前，110、220kV變壓器中性點(diǎn)保護(hù)方式主要有：間隙、避雷器、間隙與避雷器并聯(lián)、小電抗。

　　間隙是一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、低成本且比較可靠的保護(hù)裝置，有較好的耐工頻性能，在工程中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。北京、廣東、深圳、吉林等地區(qū)的110、220kV變壓器中性點(diǎn)常采用間隙保護(hù)。然而，常用的棒間隙均采用分體安裝，存在距離調(diào)節(jié)不準(zhǔn)、同心度差的缺點(diǎn)。間隙在電弧作用后，電極燒蝕，距離發(fā)生變化，以及氣象條件都會(huì)影響棒間隙的放電電壓等電氣性能。在實(shí)際運(yùn)行中，還常出現(xiàn)由間隙誤動(dòng)引起的輸電線路停運(yùn)事故。增大主變中性點(diǎn)間隙距離，可以減小雷電過電壓和有效接地系統(tǒng)暫態(tài)電壓下間隙閃絡(luò)的概率。然而這種措施不能完全解決間隙誤動(dòng)的問題，過大的間隙的距離反而對(duì)保護(hù)主變壓器中性點(diǎn)絕緣本身不利。

　　避雷器在理論上可以保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣，但在系統(tǒng)單相接地且失地或非全相運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)工頻過電壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，避雷器通流能力有限，易發(fā)生損壞或爆炸。

　　間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式由于避雷器保護(hù)水平、間隙動(dòng)作特性與變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平之間的配合要求苛刻，實(shí)現(xiàn)非常困難。

　　小電抗既可以提高系統(tǒng)安全運(yùn)行水平，又具有降低變壓器中性點(diǎn)絕緣水平從而獲得可觀經(jīng)濟(jì)效益的作用；但該方法對(duì)變電站設(shè)備改造較多，更適用于新建變電站。

　　針對(duì)間隙、避雷器、避雷器與間隙并聯(lián)、小電抗等傳統(tǒng)保護(hù)方式存在的不足，本文提出一種新型可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式。

　　3新型可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式3.1結(jié)構(gòu)型式可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式的結(jié)構(gòu)如所示。避雷器B可采用標(biāo)準(zhǔn)變壓器中性點(diǎn)用避雷器參數(shù)。可控間隙由固定間隙G與控制間隙K串聯(lián)組成，固定間隙為復(fù)合羊角型間隙，控制間隙為單相真空開關(guān)。由于固定間隙和控制間隙自身的電容值均很小且不穩(wěn)定，兩者之間的電壓分配易受外界條件的干擾，無法獲得確定的數(shù)值，于是采用電容均壓回路和C2分配2個(gè)間隙之間的電壓。

　　為給控制間隙的控制回路提供電壓輸入信號(hào)，與控制間隙并聯(lián)的電容器里串聯(lián)了測(cè)量電容器C3（與Q、共同構(gòu)成分壓器）。

　　接變壓器中性點(diǎn)B?避雷器；G?固定間隙；K一控制間隙；C1、Cf均壓電容；C3?測(cè)量電容。

　　可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式結(jié)構(gòu)示意3.2工作原理可控間隙與避雷器進(jìn)行絕緣配合以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器中性點(diǎn)的并聯(lián)保護(hù)。控制間隙受控制回路的控制而動(dòng)作，控制回路是否輸出有效信號(hào)取決于系統(tǒng)電壓幅值和持續(xù)時(shí)間是否同時(shí)滿足電壓判據(jù)和時(shí)間判據(jù)。

　　當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地且失地或非全相運(yùn)行故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)過電壓超過一定的范圍，控制回路應(yīng)輸出控制間隙合閘信號(hào)，使控制間隙閉合。在雷電過電壓下，以下述的電壓持續(xù)時(shí)間作為控制間隙不應(yīng)動(dòng)作的判據(jù)。

　　利用計(jì)算得到的中性點(diǎn)過電壓、各元件參數(shù)等已知條件，選擇合適的間隙距離后，間隙的50放電電壓。和標(biāo)準(zhǔn)偏差即被確定。經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定，本文所選間隙的工頻放電電壓cr為1.48，雷電沖擊放電電壓的為5.當(dāng)外加電壓為（1+3）時(shí)，間隙的擊穿概率可達(dá)99.87，此時(shí)真空開關(guān)承受的電壓為于是控制回路的電壓幅值判據(jù)M見式（1）。

　　在雷電、操作和工頻3種過電壓中，雷電過電壓發(fā)生時(shí)間快，雷電波的持續(xù)時(shí)間以降計(jì)，經(jīng)G輸入控制回路的電壓信號(hào)的持續(xù)時(shí)間很短；操作過電壓次之；而工頻過電壓的持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，達(dá)到數(shù)秒，考慮到避雷器的耐受特性及避雷器的安全運(yùn)行，控制回路需要在1s之內(nèi)使間隙動(dòng)作切除故障。

　　考慮到二次回路的硬件動(dòng)作時(shí)間真空開關(guān)合閘時(shí)間（2和電路預(yù)設(shè)的延時(shí)（3，控制回路動(dòng)作的電壓持續(xù)時(shí)間判據(jù)見式（2）。

　　綜上，控制回路的動(dòng)作判據(jù)為：電壓信號(hào)幅值超過50（1+3c）p1，且持續(xù)時(shí)間超過1s 3.3控制策略為控制回路的結(jié)構(gòu)組成示意圖。由電容C3分壓得到的電壓K進(jìn)入控制回路的前置處理模塊，包括PT測(cè)量電壓、二階有源低通濾波和電壓真有效值的獲得；將電壓的真有效值信號(hào)輸入判斷模塊，通過與預(yù)設(shè)的基準(zhǔn)電壓M進(jìn)行比較后，由延時(shí)判斷邏輯電路檢測(cè)輸入電平的持續(xù)時(shí)間是否有效；其輸出的電平信號(hào)后被輸入控制模塊，若此輸入信號(hào)滿足分/合閘觸發(fā)電路工作的要求，觸發(fā)電路會(huì)給開關(guān)控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，使控制間隙分/合閘。

　　可控間隙控制回路的控制策略見表2.表2可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式的控制策略Tab.2Controlstrategyofthecontrollable過電壓類型過電壓幅值過電壓持續(xù)時(shí)間控制策略單相接地且失地過電壓或非全相運(yùn)行過電壓控制回路輸出觸發(fā)信號(hào)使控制間隙閉合，作用在固定間隙上的電壓升高，固定間隙擊穿，限制變壓器中性點(diǎn)過電壓可控間隙不動(dòng)作，由避雷器雷電過電壓動(dòng)作限制變壓器中性點(diǎn)過電壓可控間隙和避雷器均不動(dòng)其他過電壓作，變壓器中性點(diǎn)絕緣能夠耐受3.4試驗(yàn)驗(yàn)證為驗(yàn)證可控間隙和避雷器并聯(lián)保護(hù)方式的有效性，研制了一臺(tái)110kV可控間隙模型，與避雷器并聯(lián)進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)和工頻電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如下：可控間隙與避雷器并聯(lián)的雷電沖擊試驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)發(fā)生雷電過電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作限壓，可控間隙不動(dòng)作，滿足與避雷器的絕緣配合要求，驗(yàn)證了可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式在雷電沖擊下保護(hù)原理的有效性。

　　可控間隙與避雷器的工頻電壓試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)各種工頻過電壓時(shí)，可控間隙均能正確動(dòng)作，以保護(hù)避雷器和變壓器中性點(diǎn)；同時(shí)驗(yàn)證了可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式在工頻電壓下保護(hù)原理的有效性和控制回路的自動(dòng)控制能力。

　　由雷電沖擊試驗(yàn)和工頻電壓試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果可知：可控間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式的保護(hù)原理有效、控制策略恰當(dāng)，完全滿足了設(shè)計(jì)構(gòu)想，能實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器中性點(diǎn)的有效保護(hù)。

　　4結(jié)論110、220kV變壓器中性點(diǎn)所承受的雷電、單相接地且失地和非全相運(yùn)行過電壓均可能超過其中性點(diǎn)絕緣水平，需要采取保護(hù)措施。

　　變壓器中性點(diǎn)現(xiàn)有保護(hù)方，間隙易造成同塔雙回線路停運(yùn)事故，避雷器在工頻過電壓下比較危險(xiǎn)，間隙與避雷器并聯(lián)保護(hù)方式存在絕緣配合困難，小電抗對(duì)變電站設(shè)備改造較多等問題，亟林