文摘：傳統(tǒng)的分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護是按氧化鋅避雷器加水平棒間隙配置的，在運行中未能取得令人滿意的效果。鑒于此，通過實例分析，提出了分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護的有效途徑。

產(chǎn)110kV干式變壓器一般采用分級絕緣結(jié)構(gòu)，中性點絕緣35kV、44kV、60kV。根據(jù)原家標(biāo)準(zhǔn)GB311 83 《高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合》和現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620 1997 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》，雷電全波耐受電壓和截止耐受電壓分別為180千伏、250千伏和325千伏。短時工頻耐受電壓有效值分別為85kV、95 kV和140kV。為了限制單相接地短路電流，防止通信干擾，滿足繼電保護整定配置要求，大多數(shù)110千伏干式變壓器分級絕緣中性點不直接接地。

當(dāng)雷電波侵入中性點不接地的干式變壓器中性點時，系統(tǒng)以單相接地和不完全相運行，特別是當(dāng)干式變壓器的勵磁電感與線對地電容發(fā)生諧振時，會產(chǎn)生較高的雷電過電壓或工頻穩(wěn)態(tài)過電壓，威脅分級絕緣干式變壓器的中性點，甚至損壞絕緣。因此，分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護通常采用FZ#-#40避雷器或氧化鋅避雷器加平行水平棒間隙。然而，運行經(jīng)驗表明，這種保護方法未能取得令人滿意的效果，還有許多問題有待探討。本文將結(jié)合實例全面分析這種配置模式給系統(tǒng)運行帶來的一些問題。

1次運行案例分析

1998年6月24日11時55分，110千伏柴貴線40號塔附近遭雷擊。根據(jù)中山電力工業(yè)局雷電定位系統(tǒng)，雷電流幅值達到負極性54.3千安，并回擊三次，造成柴桂線(中山柴油機發(fā)電二廠)短線路接地距離段保護動作，開關(guān)跳閘并重合閘成功。但與此同時，110千伏系統(tǒng)瞬時單相接地和雷電波侵入環(huán)城站1號主變壓器中性點，造成橫杠間隙放電擊穿，造成110千伏黃桂線(環(huán)城站側(cè))零序段保護動作，開關(guān)跳閘(重合閘保護未合閘)，造成110千伏環(huán)城站和半福站失壓。

事故發(fā)生后，發(fā)現(xiàn)110kV五桂山站、環(huán)城站主變壓器中性點(不接地運行)水平桿間隙(110mm)被放電擊穿，中性點氧化鋅避雷器(Y1W-55/140型)動作。顯然，根據(jù)當(dāng)時系統(tǒng)運行方式和故障錄波圖的分析，110千伏黃桂線零序段保護動作是由于環(huán)城站主變壓器中性點水平棒間隙放電擊穿，改變了系統(tǒng)零序阻抗參數(shù)。根據(jù)繼電保護任務(wù)，根據(jù)事故模式計算出較大零序電流，約為12 A，高于其設(shè)定值7A，無法避免零序故障電流，導(dǎo)致110千伏黃桂線(環(huán)城站)側(cè)開關(guān)跳閘。事故發(fā)生時，110千伏柴貴線五桂山站側(cè)零序保護未投入運行，否則也發(fā)生類似情況。

分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護采用氧化鋅避雷器和平行水平棒間隙的配置方式。兩者的配合原則是：避雷器負責(zé)雷電過電壓保護，系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障和開關(guān)單相重合閘時，橫杠間隙不應(yīng)放電；只有當(dāng)系統(tǒng)失去接地，系統(tǒng)運行在非開路相或發(fā)生諧振故障時，水平桿間隙才能可靠地起作用，保護干式變壓器中性點的絕緣 #p#分頁標(biāo)題#e#

a)在防雷方面，以Y1W-55/140氧化鋅避雷器為例，在額定放電電流1 kA下，其雷電沖擊剩余電壓為109 kV，考慮主變壓器中性點較小35kA沖擊絕緣水平，其絕緣保護裕度系數(shù)為1.51。而110 mm橫條間隙50%的運行沖擊放電電壓(峰值)約為110 ~ 120 kV，受雷電環(huán)境閾值分散系數(shù)影響，更接近避雷器的沖擊殘壓水平，可能導(dǎo)致避雷器運行，橫條間隙放電擊穿，特別是雷擊輸電線路時，造成系統(tǒng)瞬時單相接地，繼電保護誤動。據(jù)近三年運營事故統(tǒng)計，中山電業(yè)局類似情況出現(xiàn)了六次之多。

b)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，分級絕緣干式變壓器中性點會發(fā)生各種暫態(tài)或穩(wěn)態(tài)過電壓。氧化鋅避雷器與橫杠的間隙一般不應(yīng)動作，運行經(jīng)驗表明配合方案不符合門檻要求。110mm橫條間隙的工頻放電電壓約為58.4kV(有效值)。根據(jù)中山電業(yè)局幾次事故的故障錄波圖和過電壓理論分析，主變壓器中性點實際工頻過電壓應(yīng)低于此值，但110mm橫條間隙仍有放電擊穿。由于用作間隙的棒的直徑不同，而且間隙棒頭沒有經(jīng)過技術(shù)老化，完全有可能其工頻放電電壓低于研究獲得的測量值，導(dǎo)致棒間隙頻繁動作，增加了實際運行中繼電保護誤動的可能性。

2分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護方式

根據(jù)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T620 1997 《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》，分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護方法可分為兩種：

a)對于有效接地系統(tǒng)中中性點不接地的干式變壓器，應(yīng)在中性點處安裝雷電過電壓保護裝置，并選擇干式變壓器中性點處的金屬氧化物避雷器。

中性點絕緣60kV的干式變壓器，選用帶串聯(lián)間隙的HY1.5W5-72/186復(fù)合護套氧化鋅避雷器或HY1C4-73/175復(fù)合護套氧化鋅避雷器，雷電過電壓下的安全裕度系數(shù)可達1.6左右。并且由于避雷器的額定工作電壓較高，足以保證系統(tǒng)單相接地故障導(dǎo)致工頻電壓上升時避雷器不會移動

對于中性點絕緣為35 kV，44kV電壓等級的干式變壓器，選用 HY1C4-60/134型復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器，其雷電過電壓下的安全裕度因數(shù)為1.2以上，該型避雷器工頻放電電壓(有效值)不小于95kV，因此，可較長時間承受中性點處工頻過電壓而不發(fā)生誤動作。

取消加并聯(lián)水平棒間隙的保護方式，可避免因水平棒間隙頻繁動作造成繼電保護誤動的可能性，減少了不必要的停電損失，也提高了電力系統(tǒng)穩(wěn)定和供電可靠性。

b)對可能形成系統(tǒng)失地且低壓側(cè)有電源的分級絕緣干式變壓器不接地的中性點應(yīng)裝設(shè)間隙。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙應(yīng)動作;系統(tǒng)以有效接地方式運行發(fā)生單相接地故障時間隙時間隙不動作。間隙距離的選擇除應(yīng)滿足上述兩項要求外，還應(yīng)兼顧雷電過電壓下保護干式變壓器中性點標(biāo)準(zhǔn)分級絕緣的要求。#p#分頁標(biāo)題#e#

分級絕緣干式變壓器帶故障失地及開關(guān)非全相操作所產(chǎn)生的工頻過電壓有可能危及干式變壓器中性點絕緣，避雷器因通流容量不足難以限制這種工頻過電壓。因此，必須采用棒間隙保護。對于中性點絕緣為60kV 絕緣等級，采用140mm 水平棒間隙保護，其雷電沖擊保護比和操作沖擊保護比均有足夠的裕度，且滿足過電壓規(guī)程的技術(shù)要求。但對于90雷暴日左右的多雷區(qū)域，雷過電壓使水平棒間隙頻繁動作導(dǎo)致主干式變壓器失壓或繼電保護誤動的問題得不到有效的解決。筆者認為采用HY1C4-73/175型復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器并聯(lián)與之配合，能收到較好的效果。該型避雷器的工頻放電電壓(有效值) 95kV，1.2/50 s沖擊放電電壓(峰值120kV)，工頻耐受電壓不小于(有效值)73kV，而140mm 間隙的工頻放電電壓上限值71kV，沖擊放電電壓下限值129kV，足見其配合是可行的。使用水平棒間隙保護時應(yīng)加裝間隙零序保護，即在棒間隙接地端串有TA作為零序信號抽取，當(dāng)水平棒間隙擊穿放電時，帶時限切斷干式變壓器開關(guān)，防止截波作用危及干式變壓器層、匝間絕緣或其它運行設(shè)備。

對于中性點絕緣為35kV，44kV電壓等級的干式變壓器，其標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波和截波分別為 180 kV，250 kV，取絕緣老化累積因數(shù)0.85，則干式變壓器中性點沖擊耐受水平約 153kV，若采用120mm 水平棒間隙，其沖擊放電電壓上限值為154.7kV，因此，必須加氧化鋅避雷器承擔(dān)外過電壓。考慮水平棒間隙動作的擊穿電壓值受大氣環(huán)境條件的影響及其它因素，根據(jù)理論計算，選用125mm水平棒間隙與并聯(lián) HY1C4-60/134 型復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器配合的方式，較為適宜。棒間隙的配置，可使用 16mm 圓鋼，端部半球形，表面加工細致無毛刺并安裝時進行加電壓技術(shù)老煉，提高運行后數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，這一點非常重要。

3結(jié)論

a)以往對于分級絕緣干式變壓器中性點過電壓保護，采用避雷器與水平棒間隙的配置方式，由于參數(shù)配合困難，存在不足之處，給系統(tǒng)運行帶來一些問題。

b)110kV 系統(tǒng)不失地時，中性點不接地的分級絕緣干式變壓器，可在中性點裝設(shè)相應(yīng)技術(shù)參數(shù)的氧化鋅避雷器。

c)對可能形成系統(tǒng)失地且低壓側(cè)有電源的分級絕緣干式變壓器不接地的中性點，采用合理的水平棒間隙與并聯(lián)復(fù)合外套式串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器配合方式較為適宜。

d) 使用水平棒間隙保護時應(yīng)加裝間隙零序保護，有利于防止因間隙擊穿放電的截波作用危及干式變壓器層、匝間絕緣或其它運行設(shè)備。