基于110kV變壓器中性點(diǎn)接地方式探討

　　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(guò)電壓幅值也不同，所以過(guò)電壓保護(hù)方案也不同。一般變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)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(shí)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(shí)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(guò)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(duì)該間隙的要求為：“因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時(shí)該間隙應(yīng)動(dòng)作；系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時(shí)間隙不應(yīng)動(dòng)作?！睘榧骖櫡览追矫嬉筮€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(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的要求為：“當(dāng)系統(tǒng)單相接地系數(shù)大于5時(shí)間隙才動(dòng)作，間隙在雷電接地瞬態(tài)過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作；避雷器在工頻和操作過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作，在雷電接地的瞬態(tài)過(guò)電壓下才動(dòng)作?！豹ァ　?BR>
　　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(jí)，僅為線端絕緣水平的1/3，過(guò)電壓保護(hù)方案變得十分困難。筆者曾在【2】中作過(guò)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(guò)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(duì)避雷器的要求為在雷電過(guò)電壓下應(yīng)動(dòng)作，在工頻或內(nèi)部過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作。對(duì)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(guó)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(lái)改變沖擊放電電壓以滿(mǎn)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(lái)代替。MOA是無(wú)間隙的，即為YW型。對(duì)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(duì)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(duì)間隙的要求為發(fā)生“失地”情況時(shí)應(yīng)動(dòng)作（即間隙放電），“有地”情況時(shí)發(fā)生單相接地故障不應(yīng)動(dòng)作?？刂苿?dòng)作的手段就是間隙距離的調(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)532kV(即106kV／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39kV，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(guò)壓和間隙過(guò)流。文【4】指出這種“失地”保護(hù)不可靠，經(jīng)常有誤動(dòng)情況出現(xiàn)，一是電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，與故障線路無(wú)關(guān)的其他主變間隙過(guò)流動(dòng)作跳閘；二是供電線路故障時(shí)，受電端主零序過(guò)壓在電源側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘前動(dòng)作跳閘。文【4】在分析引起誤動(dòng)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(guò)壓保護(hù)的動(dòng)作條件之一，構(gòu)成相位閉鎖的零序過(guò)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(duì)值閉鎖間隙過(guò)流保護(hù)的方案。此方案的問(wèn)題有二條，一是在原方案的基礎(chǔ)上加兩個(gè)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(kāi)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(jí)。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(huì)出現(xiàn)高幅值過(guò)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(jí)。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(jiǎn)化

　　不存在部分中性點(diǎn)不接地的變壓器，自然不會(huì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)三相雙繞組的變壓器，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比，誤差小于1.5%，對(duì)三相三線繞組變壓器，與實(shí)測(cè)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(guò)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(shí)間為2s，因此要求小電流在流過(guò)最大單相短路電流時(shí)，其熱穩(wěn)定時(shí)間也為2s。其長(zhǎng)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(jí)時(shí)，小電抗絕緣水平也為35kV級(jí)，由于有充足的裕度，可省去避雷器。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　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(guò)電壓幅值也不同，所以過(guò)電壓保護(hù)方案也不同。一般變壓器中性點(diǎn)不接地時(shí)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(shí)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(shí)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(guò)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(duì)該間隙的要求為：“因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時(shí)該間隙應(yīng)動(dòng)作；系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時(shí)間隙不應(yīng)動(dòng)作?！睘榧骖櫡览追矫嬉筮€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(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的要求為：“當(dāng)系統(tǒng)單相接地系數(shù)大于5時(shí)間隙才動(dòng)作，間隙在雷電接地瞬態(tài)過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作；避雷器在工頻和操作過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作，在雷電接地的瞬態(tài)過(guò)電壓下才動(dòng)作?！豹ァ　?BR>
　　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(jí)，僅為線端絕緣水平的1/3，過(guò)電壓保護(hù)方案變得十分困難。筆者曾在【2】中作過(guò)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(guò)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(duì)避雷器的要求為在雷電過(guò)電壓下應(yīng)動(dòng)作，在工頻或內(nèi)部過(guò)電壓下不應(yīng)動(dòng)作。對(duì)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(guó)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(lái)改變沖擊放電電壓以滿(mǎn)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(lái)代替。MOA是無(wú)間隙的，即為YW型。對(duì)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(duì)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(duì)間隙的要求為發(fā)生“失地”情況時(shí)應(yīng)動(dòng)作（即間隙放電），“有地”情況時(shí)發(fā)生單相接地故障不應(yīng)動(dòng)作?？刂苿?dòng)作的手段就是間隙距離的調(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)532kV(即106kV／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39kV，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(guò)壓和間隙過(guò)流。文【4】指出這種“失地”保護(hù)不可靠，經(jīng)常有誤動(dòng)情況出現(xiàn)，一是電網(wǎng)發(fā)生接地故障時(shí)，與故障線路無(wú)關(guān)的其他主變間隙過(guò)流動(dòng)作跳閘；二是供電線路故障時(shí)，受電端主零序過(guò)壓在電源側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘前動(dòng)作跳閘。文【4】在分析引起誤動(dòng)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(guò)壓保護(hù)的動(dòng)作條件之一，構(gòu)成相位閉鎖的零序過(guò)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(duì)值閉鎖間隙過(guò)流保護(hù)的方案。此方案的問(wèn)題有二條，一是在原方案的基礎(chǔ)上加兩個(gè)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(kāi)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(jí)。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(huì)出現(xiàn)高幅值過(guò)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(jí)。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(jiǎn)化

　　不存在部分中性點(diǎn)不接地的變壓器，自然不會(huì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(duì)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(shí)，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(duì)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(duì)三相雙繞組的變壓器，與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比，誤差小于1.5%，對(duì)三相三線繞組變壓器，與實(shí)測(cè)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(guò)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(shí)間為2s，因此要求小電流在流過(guò)最大單相短路電流時(shí)，其熱穩(wěn)定時(shí)間也為2s。其長(zhǎng)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(jí)時(shí)，小電抗絕緣水平也為35kV級(jí)，由于有充足的裕度，可省去避雷器。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　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(tái)升壓變壓器付諸實(shí)踐。運(yùn)行至今已近15年，還沒(méi)有見(jiàn)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(duì)僅有兩臺(tái)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(duì)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(dòng)，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(huì)差。