浅谈110kV主变中性点放电间隙的整定

张 维

（东华工程科技股份有限公司 安徽 合肥 230022）

0 引言

电力变压器的安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定地工作。其中性点接地方式，按照运行的需要大致可分为两类：中性点有效接地和中性点非有效接地。在我国电力系统中，35kV电压等级以下系统一般采用中性点非有效接地方式运行。110kV电压等级以上系统，一般采用中性点有效接地方式运行，在这个系统中，为了保持系统零序阻抗不变，至少有一点是保持接地的，其它变压器则通过放电间隙间接接地。而国产110kV变压器一般采用分级绝缘结构，中性点绝缘有35kV、44kV、60kV等电压等级。对于中性点不直接接地的分级绝缘变压器，中性点保护一般采用放电间隙并联氧化锌避雷器。

本文通过分析棒间隙并联避雷器保护的作用与分工，阐述了避雷器与棒间隙的配合使用对保护变压器中性点绝缘的重要性和变压器间隙保护整定的方法并且对存在的问题和原因做出分析，给出了保护整定配合改进的合理方案。

1 棒间隙并联避雷器保护的作用与分工

棒间隙并联避雷器保护的作用分工是：避雷器主要针对雷电过电压；放电间隙主要针对在110kV有效接地系统中因故障形成局部不接地系统所产生的工频过电压，以及非全相运行和铁磁谐振带来的过电压。这种方式既对变压器中性点进行保护，又达到互为保护的目的。

在JB/T5894－91《交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则》中给出，中性点有效接地系统中分级绝缘变压器，当其中性点未接地时，中性点避雷器的额定电压应不低于变压器的最高相电压[1]。《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中给出：“应避免在110kV及220kV有效接地系统中偶然形成局部不接地系统，并产生较高的工频过电压，对可能形成这种局部系统、低压侧有电源的110kV及220kV变压器不接地的中性点应装设间隙”[2]。为满足以上要求，避雷器额定电压应不低于避雷器安装点的暂时过电压，避雷器的残压低于变压器中性点冲击耐受水平的85%，棒间隙的工频放电电压要低于避雷器的持续运行电压，以保护避雷器不损坏。水平间隙间距的选择应能保证：

1）因接地故障形成局部不接地系统时，间隙可靠动作；

2）系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时，间隙不应动作。基于以上原则假设一变压器中性点避雷器与棒间隙的配置如表1所示。

表1 变压器中性点避雷器与棒间隙的配置

从上表中可以看出棒间隙与氧化锌避雷器的电压存在级差。氧化锌避雷器的动作条件取决于过电压的幅值和侵入波陡度，然而在实际系统中，会出现线路遭受雷击，雷电波延线路到达变电站这一过程中，由于线路波阻抗减小了通过中性点避雷器的雷电流，降低了中性点过电压幅值，同时导线冲击电晕的影响削弱了侵入波的陡度，因此，避雷器的两个动作条件没有同时满足，氧化锌避雷器拒动。而间隙被击穿的条件是过电压幅值达到间隙的击穿电压即可。

由上可知，中性点不接地的分级绝缘变压器，中性点间隙在抑制在110kV有效接地系统中因故障形成局部不接地系统所产生的工频过电压、非全相运行、铁磁谐振过电压的同时，也能在线路遭受雷击时，雷电波沿线路侵入变电站到达变压器中性点，产生较高的雷电过电压，而这一过电压又不能使避雷器动作，以降低中性点过电压时，可以靠间隙击穿来泄流，保护变压器中性点绝缘不受损害。表明主变压器中性点避雷器与棒间隙的配合使用可以有效保护变压器中性点绝缘。

2 变压器间隙保护整定和存在的问题原因分析

2.1 变压器间隙电流保护整定

1）按照 DL/T 584－95《3～110kV 电网继电保护装置运行整定规程》中4.2.5.4条规定“110kV变压器中性点放电间隙零序电流保护的一次电流定值一般可整定为40～100A，保护动作后带0.3～0.5s延时跳变压器各侧断路器。”[3]

4.2.5.5条规定“对中性点经放电间隙接地的半绝缘水平的110kV变压器的零序电压保护，其3U0定值一般整定为150～180V(额定值为 300V)，保护动作后带 0.3～0.5s延时跳变压器各侧断路器。”[3]

2）主变中性点过电压保护设计的基本原则，在110kV有效接地系统中形成的局部不接地（如中性点接地变压器误跳闸）或低压侧有电源的不接地变压器的中性点应装设放电间隙和间隙过电流保护，间隙过电流保护在间隙放电时应及时切除变压器。

变压器中性点间隙值的选择应满足以下三个条件[3]：

①在系统有效接地方式下，躲过单相接地暂态电压；

②中性点绝缘不会遭到过电压损害，即间隙的标准雷电波动作值应小于变压器中性点的标准雷电波耐受值；

③在系统失去接地中性点且发生单相接地故障时，间隙应动作放电。

在计算间隙值时，对③一般以正常或最低运行电压下，单相接地时中性点稳态过电压进行验算；对于②则按暂态过电压取1.6倍稳态过电压峰值验算间隙操作波冲击放电电压值，可保证足够裕度。由上述计算确定间隙距离最大值。对条件①应以最高运行电压Uxg验算，并确定间隙距离最小值。实际计算中，中性点电压U0一般取稳态过电压进行验算，计算公式如下：

系统 X X0/X1＜3，因此 取 0.6Uxg。

经计算，110kV中性点间隙距离可取110～135mm，220kV中性点间隙距离可取260～295mm。

2.2 以前经常发生110kV线路接地而主变间隙保护跳主变各侧开关问题

1）如图1：在110kV线路AB靠近B侧发生接地故障时，A侧的零序保护Ⅱ或Ⅲ段正确动作 （一般零序Ⅲ段动作的几率大，因为经过渡电阻的接地的故障几率更大，导致经过渡电阻的接地故障零序电流达不到零序Ⅱ段定值）。所以A侧零序保护经过大于0.5s的时间动作切除故障，A侧的接地距离和零序Ⅰ段不会动作。

2）而B站的1#主变1B间隙保护时限规程规定为≤0.5s，所以110kV AB线路A侧开关跳闸前，B站的经过间隙接地的主变，间隙保护先跳主变各侧开关。

3）以前为解决此矛盾采取将线路末端的主变间隙保护时限延长的方法，整定为≥1.5s。此办法存在重大隐患（主变中性点过电压损害主变绝缘），最严重的后果是烧损主变。

图1 简图Fig.1 Simulation sketch

3 110 kV线路接地而跳主变各侧开关问题的解决方案（保护整定配合的改进）

3.1 首先，将110kV电网系统的保护时限级差缩短为0.3s。如果原来时限级差为0.5s，那就一定要缩短为0.3s。

3.2 其次，在110kV线路保护中设接地距离Ⅱ段保护。对普通110kV线路，接地距离Ⅱ段可以按保灵敏度整定，本线路末端故障时应满足如下灵敏系数的要求：

1）对50km以上的线路不小于1.3；

2）对20～50km的线路不小于1.4；

3）对20km以下的线路不小于1.5。

对于上下级线路为长短线路配合的关系，就不能简单的按保灵敏度整定，为防止误动，接地距离Ⅱ段要和下一级线路的Ⅰ段配合。接地距离Ⅱ段保护动作时限一般可以整定为0.3s，级差为 0.3s。

3.3 零序保护的动作时限级差也是0.3 s，这样零序保护Ⅱ段的动作时限一般为0.3或0.6s。

3.4 将所有主变压器间隙保护（包括间隙过电流和间隙过电压）时限都整定为0.5s。以上的整定方法是符合《3～110kV继电保护及安全自动装置整定规程》要求的。实施了以上步骤后，AB线路再发生如图1所示的接地故障，首先是A侧接地距离Ⅱ段或零序保护Ⅱ段0.3s动作跳闸，而B站的1#主变1B间隙保护启动后经过时限0.5s返回，解决了110kV线路接地而跳主变各侧开关的问题。

本文通过阐述了避雷器与棒间隙的配合使用对保护变压器中性点绝缘的重要性和变压器间隙保护整定的方法。分析了110kV线路发生接地故障，而线路末端110kV主变间隙保护动作跳主变三侧开关的原因，对110kV侧系统有关保护整定存在的问题，从变压器中性点间隙距离选择、间隙电流保护整定配合等方面进行了研究分析，提出了可行的改进措施，提高了电网供电的可靠性。

［1］DL/T 620－1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].

［2］JB/T5894－91交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则[S].

［3］DL/T 584－953～110kV电网继电保护装置运行整定规程[S].

［4］王梅义.电网继电保护应用[M].北京:中国电力出版社，2000.