CN203932977U - 一种主变压器中性点过电压保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种主变压器中性点过电压保护装置，其特征在于：避雷器通过绝缘柱安装在底座上，避雷器的上端电连接有第一不锈钢棒极，避雷器的下端连接脱离器，脱离器的引线下端通过软绞线连接放置在底座上的计数器；支撑钢棒通过电流互感器与底座连接，支撑钢棒上端电连接有第二不锈钢棒极。脱离器的动作电流曲线低于避雷器工频耐受特性曲线，一旦出现局部系统解列为非有效接地系统的事故工况，脱离器动作，将避雷器从系统隔离，避免避雷器发生爆炸伤及其它设备。而由于避雷器的雷电残压低于棒间隙雷电放电电压下限，正常系统雷电作用下棒间隙不动作。因此棒间隙在雷电入侵时频繁放电导致主变压器不必要跳闸的情况将会得到显著改善。

Description

一种主变压器中性点过电压保护装置

技术领域

本实用新型涉及一种变压器保护装置，特别涉及一种主变压器中性点过电压保护装置。

背景技术

110kV是供电网络的主要电压等级，由于继电保护整定配置及防止通讯干扰等方面的要求，为了限制单相短路电流，其中有部分变压器采用中性点不接地方式。在这种运行方式下，由于雷击、单相接地短路故障等会造成中性点过电压，而且变压器大多是分级绝缘，因此过电压对中性点的绝缘造成很大威胁，必须对其设置保护装置防止事故发生。

对于分级绝缘变压器中性点过电压保护，采用避雷器加并联水平棒间隙的配置方式，其两者的配合原则是：避雷器承担雷电过电压保护，当系统发生单相接地故障及开关重合闸过程中水平棒间隙不应放电动作；只有当系统失地，且出现系统非全相运行或谐振故障时，水平棒间隙可靠动作，保护变压器中性点绝缘及线端设备的绝缘，防止避雷器因通流容量不够发生爆炸。但通过多年的运行实践证明，避雷器与水平棒间隙的配合仍存在一些缺陷：

110kV系统单相接地时如果解列为局部不接地系统的异常运行工况，可能会出现不接地系统常见的弧光接地、铁磁谐振等危险的过电压，要求主变压器中性点的棒间隙必须动作。棒间隙的工频放电电压应介于44kV和57kV 之间，前者是系统有效接地的正常工况下发生单线接地故障时可能出现的最高短时工频过电压稳态有效值（43.8kV），后者是系统解列局部失地的异常运行工况下且线电压低于额定电压10%时短时工频过电压稳态有效值(57.2kV)。棒间隙的50%放电电压宜取50-52kV，海拔低于1000米地区间隙距离一般取110-120mm，这种棒间隙的标准雷电波负极性冲击放电电压范围93-113kV。棒间隙在正常运行工况下动作放电将导致系统零序参数的变化，给继电保护的整定带来不确定因素，使继电保护发生不正常动作。

现行常规型号中性点避雷器的雷电残压都较大，不能满足与棒间隙的配合要求，以Y1.5W55/132为例，其残压大于120mm棒间隙的雷电冲击放电电压上限，这就有可能使得避雷器动作的同时，水平棒间隙也放电击穿，尤其在雷击输电线路导致系统瞬时单相接地时，造成继电保护不正常动作。

因棒间隙频繁动作导致的继电保护不正常动作在雷电天气时有发生，因此如何改善主变中性点保护，提高主变压器的供电可靠性是供电部门十分关心的问题。经检索相关文献，有部分关于主变压器中性点过电压保护装置的报道，但未发现与本专利相似或相同的技术方案。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种主变压器中性点过电压保护装置，可避免棒间隙在避雷器的雷电残压下放电导致继电保护不必要的动作，且能够避免避雷器发生爆炸伤及其它设备。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种主变压器中性点过电压保护装置，其创新点在于：包括底座、避雷器、绝缘柱、第一不锈钢棒极、计数器、支撑钢棒、电流互感器和第二不锈钢棒极； 避雷器通过绝缘柱安装在底座上，避雷器的上端电连接有水平方向的第一不锈钢棒极，避雷器的下端连接热爆式脱离器，热爆式脱离器的引线下端与放置在底座上的计数器软连接；

支撑钢棒垂直布置在底座上，支撑钢棒通过电流互感器与底座连接，支撑钢棒上端电连接有水平方向的第二不锈钢棒极；

避雷器、热爆式脱离器和计数器依次串联构成避雷器保护支路；第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极和电流互感器依次串联构成与避雷器保护支路并联的棒间隙保护支路。

优选的，所述避雷器为金属氧化物避雷器，其额定电压为45kV，1kA雷电残压小于90kV。

优选的，所述第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极配对组成的棒间隙工频50%放电电压有效值为51.0 kV。

优选的，所述第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极的直径均为16mm；长度为600mm。

本实用新型的优点在于：为避免棒间隙在避雷器的雷电残压下放电导致继电保护不必要的动作，避雷器的雷电残压低于棒间隙的负极性雷电冲击放电电压下限。由于避雷器的额定电压低于棒间隙的工频放电电压下限，当中性点工频过电压介于避雷器的额定电压和棒间隙的放电电压之间时，棒间隙不放电，避雷器将损坏。而为避免避雷器发生爆炸伤及人员和设备，同时采用热爆式脱离器与避雷器串联，热爆式脱离器的动作电流曲线低于避雷器工频耐受特性曲线。一旦出现局部系统解列为非有效接地系统的事故工况，流过避雷器的工频电流达到脱离器的动作条件时，脱离器动作，将避雷器从系统隔离，避免避雷器发生爆炸伤及其它设备。避雷器从系统隔离后，中性点过电压由棒间隙限制。由于避雷器的雷电残压低于棒间隙雷电放电电压下限，正常系统雷电作用下棒间隙不动作。与目前采用的棒间隙与避雷器并联的中性点保护产品比较，棒间隙在雷电入侵时频繁放电导致继电保护不正常动作切除主变压器的情况将会得到显著改善。

110kV电力系统只有变成孤立不接地系统时，主变中性点才会出现威胁避雷器安全的过电压，脱离器动作，由棒间隙保护主变中性点。孤立不接地这种异常的系统运行工况实际发生的次数非常少，并且有棒间隙作后备保护，脱离器动作后不必马上停电更换，因此不影响系统供电可靠性指标。

带脱离器的避雷器在配电线路避雷器上广泛使用，当避雷器老化受潮等原因损坏时自动从系统脱离，隔离故障；脱离器和放电间隙技术也都有成熟的产品运行，但本专利的内容并非二者简单叠加拼成，理由如下：

110kV 主变中性点的工频过电压在不同工况下呈现跳跃式分布，绝缘配合困难，被迫采用放电间隙这种参数分散性大，有截波特点的比较原始的保护装置；

普通避雷器的设计受到安全性条件制约，虽然中性点失地的运行工况极少出现但必须考虑，避雷器须选择较高的额定电压，原则上避雷器的额定电压须高于棒间隙的工频放电电压上限，导致正常运行工况下雷电和操作时避雷器的残压过高使棒间隙频繁放电，因此普通避雷器与棒间隙并联保护装置中棒间隙为主保护，避雷器为辅，外特性呈现棒间隙的不稳定的保护特性。

采用脱离器以后，解决了中性点失地这种极少出现的异常工况下系统的安全问题，避雷器参数选取的原则发生了变化，避雷器额定电压的选取只要耐受正常运行工况下中性点短时工频过电压（110kV 系统中此值为相电压的60%为43.8 kV）即可，发生中性点失地的异常工况时脱离器动作，使避雷器从系统隔离避免爆炸。避雷器额定电压的降低使进一步的设计改善变得有意义，普通中性点避雷器采用小电流阀片，残压比高（如Y1.5W55/132型中性点避雷器1.5k A雷电残压比1.7，1.5k A雷电残压132 kV），本专利采用大电流阀片可将残压比降到1.4，额定电压和阀片残压比的降低可使避雷器残压下降30%；本实用新型中避雷器额定电压取45 kV ，1.5k A雷电残压小于90 kV，满足与棒间隙的配合要求（工频50%放电电压为51kV的棒间隙雷电放电电压下限约93kV)。即在正常工况下棒间隙不再动作，保护特性稳定的避雷器成为主保护；这种新的设计使棒间隙成为后备保护，只在中性点失地的异常工况下动作，避免系统正常运行时零序参数的变化，提高了继电保护的稳定性和供电可靠性。由于避雷器的残压降低，本专利可以满足中性点绝缘水平为35 kV的主变的绝缘配合要求；现行110kV主变的中性点绝缘水平大多设计为60kV，是为了与现行额定电压较高的避雷器配合，无形中增加了主变压器的制造成本。

附图说明

图1为本实用新型中主变压器中性点过电压保护装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，包括电流互感器1、脱离器2、软绞线3、计数器4、底座5、绝缘柱6、避雷器7、第一不锈钢棒极8、第二不锈钢棒极9、支撑钢棒10。

避雷器7通过绝缘柱6安装在底座5上，避雷器7选用金属氧化物避雷器，本实施例中，其额定电压为45kV，1kA雷电残压小于90kV。避雷器7的上端电连接有水平方向的第一不锈钢棒极8，避雷器7的下端连接脱离器2，该脱离器2为热爆式脱离器，热爆式脱离器的引线下端通过软绞线3连接放置在底座5上的计数器4。

支撑钢棒10垂直布置在底座5上，支撑钢棒10通过电流互感器1与底座5连接，支撑钢棒10上端电连接有水平方向的第二不锈钢棒极9。

避雷器7、热爆式脱离器和计数器4依次串联构成避雷器保护支路；而第一不锈钢棒极8、第二不锈钢棒极9和电流互感器1依次串联构成与避雷器保护支路并联的棒间隙保护支路。

其中，第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极配对组成的棒间隙工频放电电压范围为47-57kV，雷电冲击放电电压为93-113kV。本实施例中，第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极的直径均为16mm；长度为600mm。

在适用供电网络为110kV电压等级的过电压保护装置中；避雷器额定电压的设计中，考虑到能耐受正常运行工况下中性点短时工频过电压（110kV 系统中此值为相电压的60%为是43.8 kV），并要求残压尽量小，小于棒间隙放电电压下限且保留一定裕度；避雷器的额定电压取45kV，在系统正常运行工况下发生单相接地时中性点短时工频过电压43.8 kV相比，避雷器的荷载率偏高，与普通避雷器的设计原则有差别，是因为中性点避雷器的运行条件与母线避雷器有很大差异：中性点避雷器日常运行时荷载率接近零；实际系统的接地系数一般小于2.5，短时工频过电压不超过40 kV，持续时间不超过2.0秒；灭弧电压为40.5 kV的碳化硅阀式中性点避雷器曾经长期在系统中运行，在正常工况下的故障极少；有脱离器作为避雷器的故障保护；避雷器一旦故障被隔离后仍有棒间隙作主变绝缘的后备保护。

若避雷器的额定电压在大于45kV小于57kV 范围内变化，异常工况时脱离器的动作时延会发生变化，对避雷器的安全性没有质的影响，但棒间隙误动作的概率增加。主变中性点过电压保护设计采用棒间隙以前，中性点避雷器损坏的事故偶有发生，采用棒间隙保护后，困扰供电系统的主要问题是棒间隙在雷电天气频繁放电导致的继电保护不正常动作；额定电压降低使避雷器本身的安全性降低，但系统失地或系统正常工况下出现避雷器不能耐受的操作过电压是小概率事件，允许避雷器故障由脱离器动作隔离，主设备的安全性仍有保障，而棒间隙在避雷器残压作用下放电的概率则减小。

因此本过电压保护装置优选参数：避雷器额定电压为45kV，1kA雷电残压小于90kV；棒间隙工频50%放电电压有效值为51kV。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种主变压器中性点过电压保护装置，其特征在于：包括底座、避雷器、绝缘柱、第一不锈钢棒极、计数器、支撑钢棒、电流互感器和第二不锈钢棒极；

避雷器通过绝缘柱安装在底座上，避雷器的上端电连接有水平方向的第一不锈钢棒极，避雷器的下端连接热爆式脱离器，热爆式脱离器的引线下端与放置在底座上的计数器软连接；

支撑钢棒垂直布置在底座上，支撑钢棒通过电流互感器与底座连接，支撑钢棒上端电连接有水平方向的第二不锈钢棒极；

避雷器、热爆式脱离器和计数器依次串联构成避雷器保护支路；第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极和电流互感器依次串联构成与避雷器保护支路并联的棒间隙保护支路。

2.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述避雷器为金属氧化物避雷器，其额定电压为45kV，1kA雷电残压小于90kV。

3.根据权利要求1所述的保护装置，其特征在于：所述第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极配对组成的棒间隙工频50%放电电压有效值为51.0 kV。

4.根据权利要求3所述的保护装置，其特征在于：所述第一不锈钢棒极、第二不锈钢棒极的直径均为16mm；长度为600mm。