CN202997557U - 110kV变压器中性点保护用可控触发装置 - Google Patents
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Abstract
110kV变压器中性点保护用可控触发装置，涉及一种新型受控放电间隙，属于高电压技术领域。目的是为了解决现有避雷器并联放电间隙分工不明确，在实际运行中间隙误动引起继电保护误动、间隙拒动导致避雷器爆炸的问题。本实用新型包括可控触发型保护间隙和氧化锌避雷器MOA，所述的可控触发型保护间隙由电压测量储能单元、触发脉冲形成单元和受控放电间隙组成，本实用新型从改进受控放电间隙结构入手，与现有氧化锌避雷器MOA并联，对110kV变压器中性点进行完全保护。本实用新型适用于110kV有效接地系统，对该系统变压器中性点进行保护。
Description
技术领域
110kV变压器中性点保护用可控触发装置涉及一种新型受控放电间隙，属于高电压技术领域。
背景技术
110kV电力系统变压器中性点保护方式主要有三种——避雷器、放电间隙、避雷器并联放电间隙。
单独使用避雷器和棒—棒放电间隙均无法满足110kV系统中变压器中性点所有过电压的保护要求，避雷器并联放电间隙是解决问题的主流方向和发展趋势，但是现有的方案仅仅是将二者简单并联起来，分工不明确，并没有很好防护所有的过电压，而且带来了新的问题——间隙误动引起继电保护误动、间隙拒动导致避雷器爆炸。
避雷器并联放电间隙（以下简称“并联间隙”），并联间隙应该能对110kV系统中变压器中性点上出现的各种外部及内部过电压进行有效保护，然而实际运行中并联间隙存在的主要问题有：
1、避雷器残压与间隙50%雷电放电电压下限接近，因棒间隙的分散性，当110kV系统中变压器中性点出现雷电过电压时，在避雷器残压下，间隙可能发生击穿，引起继电保护误动。避雷器失去作用。
2、棒间隙具有放电分散性差，放电电压不稳定的特点。只要间隙距离稍有误差，放电电压就会出现很大变化（10.6kv/mm）。实际运行时，棒间隙普遍采用分体式安装，同心度差，更加剧了放电分散性差的趋势。棒间隙现场安装及维护较难，如果间隙距离偏小，110kV系统中变压器中性点工频过电压会超过棒间隙的工频放电电压下限导致间隙误动，如果间隙距离偏大，工频过电压达不到间隙的工频放电电压上限导致间隙拒动，从而引起避雷器因承受不了超过额定电压的工频过电压而导致爆炸。
3、即使距离调整准确，棒间隙仍然存在抗多次重复放电冲击能力差的问题，且放电后燃弧通道过短电弧熄灭相对过慢，会烧蚀电极，导致间隙距离发生变化，导致间隙的误动和拒动，影响保护效果。
4、避雷器无法承受相对较低的超过其额定工作电压的工频过电压，因此当间隙拒动时，避雷器会因为长时间承受过高的工频过电压，失去热稳定而发生爆炸。
5、110kV系统中变压器中性点绝缘、避雷器和间隙三者的电压参数众多，实际配合困难。且主要问题都出现在棒间隙上。
实用新型内容
本实用新型发明的目的是为了解决现有避雷器并联放电间隙分工不明确，在实际运行中间隙误动引起继电保护误动作、间隙拒动导致避雷器爆炸的问题。
110kV变压器中性点保护用可控触发装置，它包括可控触发型保护间隙和氧化锌避雷器MOA；所述的可控触发型保护间隙由电压测量储能单元1、触发脉冲形成单元2和受控放电间隙3组成；
所述的电压测量储能单元1由电容C1、电容C2、隔离变压器T1、防雷保护电阻R1、全波整流桥D1、限流保护电阻R2和脉冲电容C组成，
所述的触发脉冲形成单元2由高压触发二极管D2、电阻R3和脉冲变压器T2组成，
所述的受控放电间隙3由第一球形电极G1、第二球形电极G2和触发电极J组成，
所述的电压测量储能单元1中，电容C1的一端接110kV变压器的中性点，所述的电容C1的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，所述的隔离变压器T1初级线圈与电容C2并联连接，隔离变压器T1次级线圈的一端与防雷保护电阻R1的一端连接，隔离变压器T1次级线圈的另一端与全波整流桥D1的一个交流信号输入端连接，所述的全波整流桥D1的另一个交流信号输入端与防雷保护电阻R1的另一端连接，全波整流桥D1的直流负极输出端接地，全波整流桥D1的直流正极输出端同时与限流保护电阻R2的一端、脉冲电容C的一端和高压触发二极管D2阳极连接，所述的限流保护电阻R2的另一端和脉冲电容C的另一端均接地；
所述的触发脉冲形成单元2中，高压触发二极管D2的阴极与电阻R3的一端连接，所述的电阻R3的另一端与脉冲变压器T2的初级线圈的一端连接，所述的脉冲变压器T2的初级线圈的另一端接地，所述的脉冲变压器T2的次级线圈的一端与触发电极J连接，所述的脉冲变压器T2的次级线圈的另一端接地；
所述的受控放电间隙3中，所述第一球形电极G1和第二球形电极G2之间为放电间隙，所述第一球形电极G1与110kV变压器的中性点连接，所述第二球形电极G2接地；
所述的氧化锌避雷器MOA的一端接110kV系统中变压器中性点，另一端接地。
所述的受控放电间隙3中的第二球形电极G2由球壳、封盖、塑料板、内杆、外杆和支柱组成，所述的球壳为半球形的壳体，封盖固定在球壳的底部，球壳和封盖形成半球形空间，球壳中间设置有通孔，塑料板嵌入并固定在球壳中间的通孔内，所述的封盖的中心位置设置有通孔，所述的内杆的一端穿过封盖中心的通孔、并与球壳的内部固定连接，内杆的另一端嵌入在外杆内，内杆的内径大于球壳中间的通孔的直径，所述的触发电极J嵌入并固定在塑料板的中心，触发电极J的引线通过内杆和外杆引出，外杆与支柱固定连接，内杆放在外杆内。
所述的塑料板底部有圆孔，所述的触发电极J嵌入圆孔内。
所述的塑料板与球壳采用胶固定连接。
电容C1和电容C2组成电容分压器，110kV系统中变压器中性点的工频过电压经电容分压器分压，电容C2上分得的电压经隔离变压器T1后，经防雷保护电阻R1进入全波整流桥D1并整流为直流电压，该电压给脉冲电容C充电，当充电电压超过高压触发二极管D2的额定触发电压（即事先设定的阀值）时，高压触发二极管D2触发，电路导通，脉冲电容C经过高压触发二极管D2对脉冲变压器T2放电，使其产生脉冲高电压，作用于触发电极J使其放电，触发电极J的放电导致第一球形电极G1、第二球形电极G2球隙间的电场发生畸变，使球隙间的击穿电压大大降低，最终使第一球形电极G1、第二球形电极G2间的间隙发生击穿。
110kV变压器中性点保护用可控触发装置的可控触发型保护间隙（参见图1）由三部分组成，分别是“电压测量储能单元”、“触发脉冲形成单元”和“受控放电间隙”。
“电压测量与储能单元”的作用是分析测量变压器中性点的电压，同时，利用变压器中性点的电压对储能电容器进行充电，以便为“触发脉冲形成单元”提供必需的能量和功率。
“触发脉冲形成单元”的作用是当电压测量与储能单元所储存能力达到事先设定的阈值时产生一个高压触发脉冲电压，该高压触发脉冲电压作用于受控放电间隙的触发电极，引发“受控放电间隙”放电。
“受控放电间隙”是一个三电极放电间隙，依靠空气绝缘，当其触发电极受到来自于“触发脉冲形成单元”的高压触发脉冲电压的作用时，其高压电极与接地电极之间就会放电，从而将间隙短路，保护避雷器和变压器的中性点免受过电压作用。
本实用新型所述的110kV变压器中性点保护用可控触发装置适用于对110kV有效接地系统变压器中性点的保护，具体是在110kV有效接地系统中的中性点不接地的情况下，采用本新型中的可控触发型保护间隙实现对变压器中性点的保护，该保护间隙与中性点保护避雷器结合（并联），对110kV变压器中性点进行完全保护。
本实用新型从改进受控放电间隙结构入手，与现有氧化锌避雷器MOA并联，将二者分工明确，严格限定保护间隙和避雷器的作用和动作特性，带来的有益效果是避雷器仅对雷电过电压、工频暂态过电压起保护作用，而保护间隙仅对故障引发的工频稳态过电压及非对称运行而引发的谐振过电压起保护作用，同时彻底解决在工频稳态过电压下由于保护间隙拒动所引发的避雷器爆炸事故。
附图说明
图1为110kV变压器中性点保护用可控触发装置的可控触发型保护间隙原理示意图；
图2为本实用新型结构示意图；
图3为本实用新型的第二球形电极G2与触发电极J放大结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图2，110kV变压器中性点保护用可控触发装置，它包括可控触发型保护间隙和氧化锌避雷器MOA；所述的可控触发型保护间隙由电压测量储能单元（1）、触发脉冲形成单元（2）和受控放电间隙（3）组成；
所述的电压测量储能单元(1)由电容C1、电容C2、隔离变压器T1、防雷保护电阻R1、全波整流桥D1、限流保护电阻R2和脉冲电容C组成，
所述的触发脉冲形成单元(2)由高压触发二极管D2、电阻R3和脉冲变压器T2组成，
所述的受控放电间隙(3)由第一球形电极G1、第二球形电极G2和触发电极J组成，
所述的电压测量储能单元(1)中，电容C1的一端接110kV变压器的中性点，所述的电容C1的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，所述的隔离变压器T1初级线圈与电容C2并联连接，隔离变压器T1次级线圈的一端与防雷保护电阻R1的一端连接，隔离变压器T1次级线圈的另一端与全波整流桥D1的一个交流信号输入端连接，所述的全波整流桥D1的另一个交流信号输入端与防雷保护电阻R1的另一端连接，全波整流桥D1的直流负极输出端接地，全波整流桥D1的直流正极输出端同时与限流保护电阻R2的一端、脉冲电容C的一端和高压触发二极管D2阳极连接，所述的限流保护电阻R2的另一端和脉冲电容C的另一端均接地；
所述的触发脉冲形成单元(2)中，高压触发二极管D2的阴极与电阻R3的一端连接，所述的电阻R3的另一端与脉冲变压器T2的初级线圈的一端连接，所述的脉冲变压器T2的初级线圈的另一端接地，所述的脉冲变压器T2的次级线圈的一端与触发电极J连接，所述的脉冲变压器T2的次级线圈的另一端接地；
所述的受控放电间隙(3)中，所述第一球形电极G1和第二球形电极G2之间为放电间隙，所述第一球形电极G1与110kV变压器的中性点连接，所述第二球形电极G2接地；
所述的氧化锌避雷器MOA的一端接110kV系统中变压器中性点，另一端接地。
电容C1和电容C2组成电容分压器，110kV系统中变压器中性点的工频过电压经电容分压器分压，电容C2上分得的电压经隔离变压器T1后，经防雷保护电阻R1进入全波整流桥D1并整流为直流电压，该电压给脉冲电容C充电，当充电电压超过高压触发二极管D2的额定触发电压（即事先设定的阀值）时，高压触发二极管D2触发，电路导通，脉冲电容C经过高压触发二极管D2对脉冲变压器T2放电，使其产生脉冲高电压，作用于触发电极J使其放电，触发电极J的放电导致第一球形电极G1、第二球形电极G2球隙间的电场发生畸变，使球隙间的击穿电压大大降低，最终使第一球形电极G1、第二球形电极G2间的间隙发生击穿。
具体实施方式二：参见图3，本实施方式与具体实施方式一的区别在于，所述的受控放电间隙（3）中的第二球形电极G2由球壳（3-2-2）、封盖（3-2-3）、塑料板（3-2-1）、内杆（3-2-5）、外杆（3-2-6）和支柱（3-2-7）组成，所述的球壳（3-2-2）为半球形的壳体，封盖（3-2-3）固定在球壳（3-2-2）的底部，球壳（3-2-2）和封盖（3-2-3）形成半球形空间，球壳（3-2-2）中间设置有通孔，塑料板（3-2-1）嵌入并固定在球壳（3-2-2）中间的通孔内，所述的封盖（3-2-3）的中心位置设置有通孔，所述的内杆（3-2-5）的一端穿过封盖（3-2-3）中心的通孔、并与球壳（3-2-2）的内部固定连接，内杆（3-2-5）的另一端嵌入在外杆（3-2-6）内，内杆（3-2-5）的内径大于球壳（3-2-2）中间的通孔的直径，所述的触发电极J嵌入并固定在塑料板（3-2-1）的中心，触发电极J的引线通过内杆（3-2-5）和外杆（3-2-6）引出，外杆（3-2-6）与支柱（3-2-7）固定连接。
具体实施方式三：参见图3，本实施方式与具体实施方式二的区别在于，所述的塑料板（3-2-1）与球壳（3-2-2）采用胶固定连接。
受控放电间隙3的具体应用如下：
1、新型受控放电间隙采用两个球形电极做放电电极，其放电电压稳定，在避雷器的残压下不会自然击穿；
2、两个球形电极的曲率半径大，灭弧效果好，抗多次重复放电冲击能力强，多次击穿放电情况下两个球形电极距离变化小；
3、新型受控放电间隙与避雷器分工明确，避雷器仅对雷电过电压、工频暂态过电压起保护作用，而可控触发型保护间隙仅对故障引发的工频稳态过电压及非对称运行而引发的谐振过电压起保护作用；
4、根据避雷器与受控放电间隙的伏安特性的不同，当110kV系统中变压器中性点有雷电过电压及工频暂态过电压入侵时，避雷器首先动作，将过电压限制在残压值上，此时受控放电间隙不会动作；
5、当110kV系统中变压器中性点有工频稳态过电压或谐振过电压入侵时，受控放电间隙能够可靠动作。其中的“电压测量与储能单元”负责对过电压受控放电间隙判断，当过电压没有达到预先设定的阀值时，受控放电间隙不会误动作。与此相对，当过电压超过预先设定的阀值，受控放电间隙在控制下一定会可靠动作，对过电压进行有效保护，同时会保护避雷器不受工频稳态过电压及谐振过电压的损害；
6、新型受控放电间隙为无源装置，不需要提供额外的供电电源，其能量来自于110kV系统中变压器中性点传入的过电压产生的能力，能够随过电压适时动作，实际应用方便。
Claims (3)
1.110kV变压器中性点保护用可控触发装置，其特征在于，它包括可控触发型保护间隙和氧化锌避雷器MOA；所述的可控触发型保护间隙由电压测量储能单元（1）、触发脉冲形成单元（2）和受控放电间隙（3）组成；
所述的电压测量储能单元(1)由电容C1、电容C2、隔离变压器T1、防雷保护电阻R1、全波整流桥D1、限流保护电阻R2和脉冲电容C组成，
所述的触发脉冲形成单元(2)由高压触发二极管D2、电阻R3和脉冲变压器T2组成，
所述的受控放电间隙(3)由第一球形电极G1、第二球形电极G2和触发电极J组成，
所述的电压测量储能单元(1)中，电容C1的一端接110kV变压器的中性点，所述的电容C1的另一端与电容C2的一端连接，电容C2的另一端接地，所述的隔离变压器T1初级线圈与电容C2并联连接，隔离变压器T1次级线圈的一端与防雷保护电阻R1的一端连接，隔离变压器T1次级线圈的另一端与全波整流桥D1的一个交流信号输入端连接，所述的全波整流桥D1的另一个交流信号输入端与防雷保护电阻R1的另一端连接，全波整流桥D1的直流负极输出端接地，全波整流桥D1的直流正极输出端同时与限流保护电阻R2的一端、脉冲电容C的一端和高压触发二极管D2阳极连接，所述的限流保护电阻R2的另一端和脉冲电容C的另一端均接地；
所述的触发脉冲形成单元(2)中，高压触发二极管D2的阴极与电阻R3的一端连接，所述的电阻R3的另一端与脉冲变压器T2的初级线圈的一端连接，所述的脉冲变压器T2的初级线圈的另一端接地，所述的脉冲变压器T2的次级线圈的一端与触发电极J连接，所述的脉冲变压器T2的次级线圈的另一端接地；
所述的受控放电间隙（3）中，所述第一球形电极G1和第二球形电极G2之间为放电间隙，所述第一球形电极G1与110kV变压器的中性点连接，所述第二球形电极G2接地；
所述的氧化锌避雷器MOA的一端接中性点，另一端接地。
2.根据权利要求1所述的110kV变压器中性点保护用可控触发装置，其特征在于，所述的受控放电间隙（3）中的第二球形电极G2由球壳（3-2-2）、封盖（3-2-3）、塑料板（3-2-1）、内杆（3-2-5）、外杆（3-2-6）和支柱（3-2-7）组成，所述的球壳（3-2-2）为半球形的壳体，封盖（3-2-3）固定在球壳（3-2-2）的底部，球壳（3-2-2）和封盖（3-2-3）形成半球形空间，球壳（3-2-2）中间设置有通孔，塑料板（3-2-1）嵌入并固定在球壳（3-2-2）中间的通孔内，所述的封盖（3-2-3）的中心位置设置有通孔，所述的内杆（3-2-5）的一端穿过封盖（3-2-3）中心的通孔、并与球壳（3-2-2）的内部固定连接，内杆（3-2-5）的另一端嵌入在外杆（3-2-6）内，内杆（3-2-5）的内径大于球壳（3-2-2）中间的通孔的直径，所述的触发电极J嵌入并固定在塑料板（3-2-1）的中心，触发电极J的引线通过内杆（3-2-5）和外杆（3-2-6）引出，外杆（3-2-6）与支柱（3-2-7）固定连接。
3.根据权利要求2所述的110kV变压器中性点保护用可控触发装置，其特征在于，所述的塑料板（3-2-1）与球壳（3-2-2）采用胶固定连接。
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