变压器间隙零序过压.docx
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变压器间隙零序过压
变压器间隙零序过压
问为什么间隙零序过压的定值为什么要整定为180V?
是为了躲过什么？
间隙零
序过压时间一般整定为0.5s，动作后跳各侧开关。
这么短的动作时间为什么是跳各侧开关而不是跳本侧开关？
还有就是间隙零序过压和零序过压有何不同？
为什么整定值会差那么远（例如在110kV系统中，零序过压可整定为15〜30V）?
110kV系统的PT辅助绕组为什么是100V
先请看系统运行中的过电压：
电力系统的过电压一般可分为下面三类:
暂时过电压（工频过电压、谐振过电压）,操作过电压,雷电过电压。
对于中性点雷击过电压处理,人们比较容易形成统一意见。
一般按变压器的标准雷电波的耐受水平,考虑绝缘老化累计效应乘0.85的系数,得出的实际绝缘耐受水平大于避雷器的标称雷电冲击放电电压或残压,取合理的系数即可。
下面简单讨论主变中性点电压的另外两种情况。
暂时过电压主要是由单相接地故障、谐振等引起,在我国标准的中性点接地系统X0/PX1<3、R0/PX1<1中,一般的单相接地故障,在不失去有效接地的情况下,非故障相工频过电压不会超过线电压的80%。
但在110kV终端站,不接地
变压器实际是一个局部的不接地系统,在这种情况下发生单相间歇性电弧接地故障,按110kV的最高电压126kV计算,主变中性点稳态过电压可到73kV,暂态电压可到132kV0考虑带有均压电容的断路器开断连接带有电磁式电压互感器的空载母线时产生的铁磁谐振等;非故障相将产生2.0p.u.〜3.0p.u.甚至更高的过电压0变压器中性点过电压情况更为严峻0操作过电压主要表现在空载线路、变压器的开断和重合等0110kV线路的重合闸,考虑到成功和非成功的重合前线路曾经发生单相接地;开断空载变压器考虑到由于断路器强制熄弧截流产生的过电压;隔离开关尤其是操作GIS变电站空载母线时发生的重击穿;上述情况非故障相过电压将接近和超过3.0p.u.0特别是在双侧电源情况下断路器非全相重合中性点不接地变压器,严重时中性点稳态电压将达到126kV01994年海南大广坝电厂曾发生非全相合空载变压器造成主变中性点绝缘损坏事故0上述的情况简单叙述了几种过电压的形式,真正对变压器绝缘和保护装置的作用,取决于过电压的波形、幅值和持续时间0标准的雷电波形并不一定是由雷电引出,例如,当单相接地时,可在非接地相上产生接近于雷电过电压的短波前0当变压器一侧有雷电波作用时,经过绕组的藕合,会有接近于操作过电压的长波前。
主要考核设备绝缘的电压波形有三种:
短波前的雷电波;长波前的操作波;低（工）频电压波;我们虽然强调设备绝缘对雷电、操作或工频电压的耐受能力应用相应的波形电压来检验,但一般对变压器等油纸绝缘设备,其耐受操作冲击电压的能力为雷电冲击的能力0.83,耐受短时工频电压有效值的能力为雷电冲击的能力1P2.3的关系是可用的。
对于220kV以下的电气设备,考核其绝缘水平主要由雷电冲击耐受电压和工频耐受电压来决定。
间隙零序过压主要指的是有可能中性点不接地运行的110kv级主变的，110kv侧中性点不接地运行时的过电压定值，其动作定值一般取180v。
零序过压主要指110kv及以下电压等级的变压器低压侧或中压侧（35，10，6kv）的零序过电压。
一般只用于报警。
3U0的整定值有5V和180V两种，第一种的依据是保护中性点绝缘，只要有接地，立刻先跳开中性点不接地的变压器。
第二种的依据是为了保证选择性，中性点接地的零序电流保护有选择性，所以只要系统中有中性点接地时，电压就达不到180V,这时先跳的是中性点直接接地的变压器，不接地的中性点由避雷器和放电间隙暂时保护。
正常情况下零序额定电压最大值3Uo=3X100V=300V但因PT在系统电压升高时铁芯将会饱合，故电压不能完全按变比传变至二次侧，实际上只能传出的电压约为220-230V,所以当零序电压的动作值（-180V）不宜太大。
当母线发生接地故障时（变压器中性点不接地）其保护灵敏220/180=1.22不能再大了。
而保护配置一般是在满足灵敏度情况下尽量大，以提高可靠性。
间隙零序过压的定值要整定为180V,主要应该是由主变中性点的绝缘水平和该系统中的电力设备的绝缘水平决定的。
当电压超过此值时对主变中性点绝缘构成严重威胁，应该尽快跳开主变，但是为了躲过雷电过电压和一些操作过电压的影响，所以取动作时间为0.5s，以防止误动作
零序电压保护的动作电压要躲过在部分中性点接地的电网中发生单相接地时，保护安装处可能出现的最大零序电压（会是多少？
）；同时要在发生单相接地且失去接地中性点时有足够的灵敏度。
考虑这两方面的因素，动作电压3Uo一般取1.8Un。
采取这样的动作电压是为了减少故障影响范围。
由于零序电压保护只有在中性点失去、系统中没有零序电流的情况下才能够
动作，不需要与其他元件的接地保护相配合，故动作时限只需躲过暂态电压的时间，通常取0.3〜0.5s。
跳主变各侧开关，是因为一般是其他保护动作后（如110kV线路故障开关拒动，变压器110kV侧后备保护动作，跳母联开关，造成中性点不接地变压器所在母线成为中性点不接地系统，中性点不接地变压器中性点电压升高），才轮到零序过压动作，时间较长，此时为了保护主变，所以动作跳主变各侧。
间隙零序过压和零序过压的区别在于间隙零序过压单纯就是3U0,满足条件
就动作，用于中性点不接地的主变。
而楼主提到的整定为15-30v的零序过压，是零序保护里配合零序电流的电压，它和零序电流同时满足条件才出口，这种保护用于中性点接地的主变。
间隙零序也可以选择为电流保护即间隙零序电流保护。
由于达到间隙零序保护动作时的故障一般比较严重，所以尽量短时间跳各侧开关，一般整定0.5s，如果您觉得有必要，可以整定更短或者也可以动作值整定的再小点。
另外要提出的是，这两种零序保护是互相配合的，例如并列运行的2台或多台主变，一般只有一台中性点接地，为了保护中性点不接地的主变不受电网震荡或故障时产生过电压受损，所以设置了零序保护。
中性点接地的主变的零序电压一般比较低，所以其零序保护电压元件一般整定为15-30伏，达到零序电流定值时还需零序电压满足条件才出口，它的动作时间比并列运行的中性点不接地主变的零序过压保护时间多一个dt。
中性点不接地主变的零序电压在故障时则比较大。
间隙零序过压主要指的是有可能中性点不接地运行的110kv级主变的，110kv侧中性点不接地运行时的过电压定值，其动作定值一般取180v。
零序过压主要指110kv及以下电压等级的变压器低压侧或中压侧（35,10,6kv）
的零序过电压。
一般只用于报警。
为什么整定值会差那么远，主要有以下几点原因：
1、首先整定的依据不同：
间隙零序过压是按照主变中性点的绝缘水平和该系统中的电力设备的绝缘水平决定的。
零序过压主要用于小电流接地系统，而其单相接地时可继续运行，对中性点绝缘水平并无多大影响，主要用来报警还有发单相接地信号！
2、间隙零序过压主要用于110kv系统，其PT选择时开口绕组变比为相电压/100v。
零序过压主要用于小电流接地系统其PT选择时开口绕组变比为相电压/（100/3）v。
本身二者变比上就相差了3倍了。
当110kv侧中性点不接地运行发生单相接地时也会类似于小电流接地系统一样发生中性点偏移，出现过电压，但是由于其pt边比的原因所以明显较大！
附：
1、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。
对高压侧采用备用电源自动投入方式的变电所，变压器中性点放电间隙的零序电流保护一般以0.2S跳高压侧电源线，以0.7S跳变压器。
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的定值一般整定为150〜180V（额定值为300V，保护动作后带0.3S〜0.5S的延时跳变压器各侧的断路器。
2、间隙过流与间隙过压两个之间的关系是或的关系，间隙在击穿的过程中，零序电压和零序电流可能交替出现，有的人认为间隙的击穿电压一般小于，过压整定的180V,即有时在零压小于180V的情况下，过压未动，但间隙已经被击穿间隙零序电流动作出口，所以这于间隙击穿电压有关系。
3、中国电力出版社崔家佩等编的《电力系统继电保护与安全自动装置整定计算》一书所给，时间一般整定为0.5s，动作后跳各侧开关。
4、关于避雷器的保护作用无论作为无间隙的氧化锌避雷器还是有间隙的普阀避雷器,选择使用的一个共同原则是,使避雷器额定电压不低于避雷器安装点的暂时过电压。
JBPT5894-91《交流无间隙金属氧化物避雷器使用导则》指出,中性点有效接地系统中分级绝缘的变压器,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（并具体提出中性点的标准冲击绝缘水平为185kV时,氧化锌避雷器的额定电压为60kV）。
按此计算,终端站110kV变压器中性点避雷器的额定电压为大或等于72.7kV。
避雷器的额定电压如果比上述值选择低了,阀式避雷器将在线路单相接地主变失去中性点的过电压出现后无法灭弧而爆炸。
对无间隙氧化锌避雷器,同样将使其在一次过电压下吸收能量过多而劣化损坏。
反之,额定电压过高,则相应的冲击放电电压和残压将增大,保护设备的限压效果变坏。
从上面的过电压情况和避雷器使用原则来看,明确安装在主变中性点的避雷器的主要目的,就是保护雷电过电压和操作过电压,对部分工频过电压有一定的限制作用。
氧化锌避雷器虽然比普阀避雷器有诸多优点,比较适合用于中性点非直接接地的
110kV主变中性点，但也和普阀避雷器一样有着同样弱点，对于那些超过其额定电压（灭弧电压）的持续时间长（秒级以上）的暂时过电压（如工频过电压和谐振过电压）将无能为力。
而实际上可能出现幅值高于避雷器额定电压且持续时间长的暂时过电压的概率是比较大的。
6间隙零序电流保护：
反映变压器中性点处，经间隙放电的零序电流保护。
间隙零序过压保护：
反映变压器所在母线压变开口三角零序电压，间隙未击穿时
电压升高启动跳闸的保护。
110kV变压器中性点接地方式与零序保护配置
1变压器零序保护配置
厦门电网目前全部选用分级绝缘变压器，在多台变压器并列运行的变电站，主变中性点一般采用部分接地的运行方式。
对于中性点不接地的变压器，其外部故障的后备保护，过去采用零序互跳保护或中性点间隙保护两种方法。
1.1零序互跳保护
变压器中性点零序过电流动作时先跳开中性点不接地变压器的保护方式，
称为零序互跳。
如图1，2台主变并列运行，1号主变中性点接地，当K2点发生接地故障时，1号主变中性点零序过流保护动作，第一时限跳2号主变高
低压侧开关，K2故障点被隔离，1号主变恢复正常运行。
如果故障点在K1处,当第一时限跳开2号主变后，零序过流保护第二时限跳本变压器，切除故障。
零序互跳保护显而易见的缺点是：
①有选择性切除故障的概率只有50%②母线
故障时没有选择性，会扩大停电范围；③零序过流保护时间整定必须和主变相间保护配合，对保护整定配合不利；④必须在2台变压器同时停运时才能进行互跳试验，条件苛刻，二次接线容易错误。
图1变压器并列运行示意图
1.2变压器中性点间隙保护
为了克服上述缺点，福建省中调闽电调继[1998]165号文要求将220kV主变110kV侧零序互跳保护改为间隙保护。
间隙保护采用的方法是在变压器中性点加装放电间隙及间隙电流互感器，并与母线TV开口三角零序过电压保护共
同组成。
如图1,仍为2台主变并列运行，1号主变中性点接地。
当K2点接地故障时，1号主变中性点零序过流保护第一时限跳100母分开关，1段母线与故障点隔离，1号主变恢复正常运行。
100母分开关跳闸后，K2故障点仍存在，由2号主变中性点间隙电流保护或零序过电压保护动作跳本变压器，实现故障隔离。
同样，当K1点接地故障时，1号主变中性点零序过流保护第一时限跳开100母分开关，2号主变与故障点隔离，可以继续运行。
但K1故障点仍存在，1号主变零序过流保护第二时限继续跳开本变压器，消除故障。
因此，采用间隙保护明显的优点是：
①作为变压器本体的设备保护，无需和其他保护配合，整定简单；②动作过程具有选择性，只隔离故障部分，不会扩大停电范围。
该文件中仅要求将220kV主变110kV侧零序互跳保护改为间隙保护，但没有明确110kV变压器接地方式及零序保护的配置，对于不同接线类型的110kV
变电站，变压器中性点接地方式应如何控制-零序保护应如何配置-特别是变压器中性点间隙保护，在110kV系统中应如何正确运用-现以厦门电网110kV系统为例，对上述问题进行初步的探讨。
2厦门电网110kV系统接线与保护配置特点
厦门地区110kV系统接线特点是以放射状为主，以220kV变电站为电源点，通过110kV线路向各终端变电站辐射。
110kV终端变电站则采用内桥接线或线路-变压器组接线方式，低压侧无电源。
如图2所示内桥接线变电站，在正常运行方式下，100母分开关不作为103和104线路的联络元件。
因此，内桥接线变电站通常只有两种运行方式：
1条线路带2台主变运行或2条线路各带1台变压器运行。
在1线带2变运行方式下，2台主变只要有1台中性点接地即可，但必须由靠110kV供电线路侧的变压器中性点接地运行，这一点很重要。
内桥接线变电站目前的变压器零序保护配置为：
中性点零序电流保护第一时限跳100和900母分；第二时限跳本变压器；同时，变压器中性点装设棒间隙，但没有配置间隙TA以及开三角电压保护。
图2内桥接线变电站示意图
为了节省投资、占地，节约110kV线路空中走廊等原因，新建设的110kV变电站较多采用线路-变压器组接线，而且1条线路可“T”接2台甚至3台变压器，变压器零序保护仅有中性点零序过电流保护，没有配置中性点间隙电流保护以及110kVTV开三角零序电压保护（主变110kV侧只有单相线路TV）。
由于零序保护配置不够完整，在多台“T”接的线路-变压器组接线中，各变压器中性点仍全部接地运行。
但是，变压器中性点全部接地运行对系统具有一定的负面影响。
（1）在部分线路或变压器检修、停运以及系统运行方式变化时，零序网络及零序阻抗值发生较大的变化，各支路零序电流大小及分布也会产生较大的变化。
从保护整定配合出发，则要求保持变电站零序阻抗基本不变。
（2）在变压器投入运行或线路重合闸过程中，有时会使在同一线路上运行的中性点接地变压器产生由励磁涌流引起的，幅值较大而且衰减较慢，并带有较大直流分量的零序电流。
较容易造成送电不成功或重合闸不成功。
（3）变压器中性点全部接地，使系统零序阻抗大幅度降低，由此造成不对
称接地故障短路电流明显增大。
在厦门地区，因为雷击、不对称接地故障干扰二次设备，造成保护装置误动以及损坏通信设备的事故仍时有发生。
因此，有效接
地系统中应尽量采用部分变压器中性点接地方式，以限制单相接地短路电流，降
低对通信系统的干扰。
3110kV变压器中性点过电压水平计算
对于各种不同接线类型的网络，从接地故障复合序网可知，单相接地故障时，故障点稳态零序电压为
{
（1）-乃屮
打&=*沧二肉X禺"】工；2
两相接地故障时，故障点稳态零序电压为
从
（1）,
（2）式可以看出，不对称接地故障时产生的零序电压取决于系统零序阻抗Z0与正序阻抗Z1之比。
当Z0/Z1增大时，接地故障时产生的零序电压亦相应增大。
在电力系统中，有效接地系统的划分标准为：
在各种条件下，应使零序阻抗与正序阻抗之比为正值且＜3;当Z0/Z1＞3甚至Z0=^时，则成为非有效接地系统。
对于某一具体电网而言，在不对称接地故障时，如果零序电流无法形成通路，亦即在该网络中所有变压器同时失去接地中性点时，这个网络就成为局部不接地
系统，Z0=^。
从
（1）式可知，不接地系统发生单相接地故障时，故障点零序电压等于系统故障前相电压U©。
通过对不对称故障正序、零序网络进行简单的分析可知，在110kV系统中，
只要保证电源端变压器中性点有效接地，那么在各种条件下，零序阻抗与正序阻
抗之比一定小于3。
具体到厦门地区，只要保证220kV变压器110kV侧中性点有效接地，那么以该变压器配出的110kV网络就一定是有效接地系统，Z0/ZK3。
若以Z0/Z仁3、系统相电压U=73.0kV代入⑴式可以算出在单相接地故障时，故障点零序U0为43.8kV。
因此，在110kV有效接地系统中，不接地变压器中性点最大对地偏移电压＜43.8kV，小于分级绝缘变压器中性点的设计耐压值。
由此可以得出结论：
对于目前厦门地区110kV系统，在保证220kV变压器110kV侧中性点有效接地的情况下，各110kV终端变压器中性点是否接地与系统及变压器本体的安全运行没有关系。
4110kV变压器零序保护存在的问题
在有效接地系统中，变压器中性点对地偏移电压被限制在一定的水平，中性
点间隙保护不会产生作用。
配置间隙保护的目的，是为了防止非有效接地系统中零序电压升高对变压器绝缘造成的危害。
只有当系统发生单相接地故障，有关的中性点直接接地变压器全部跳闸，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙才放电，以降低对地电压，避免对变压器绝缘造成危害。
间隙击穿会产生截波，对变压器匝间绝缘不利，因此，在单相接地故障引起零序电压升高时，我们更希望由零序过电压保护完成切除变压器的任务。
相反，间隙电
流保护则存在一定程度的偶然性，可能因种种原因使间隙电流保护失去作用，从这个意义讲，对于保护变压器中性点绝缘而言，零序过电压保护比间隙电流保护更重要，零序过电压保护通常和间隙电流保护一起共同构成变压器中性点绝缘保护。
所以仅设置间隙电流保护而没有零序过电压保护是不够完善的，特别是当间歇性击穿时，放电电流无法持续，间隙电流保护将不起作用。
目前已经投运的110kV变电站，大多数只装设中性点棒间隙而没有相应的保护，这种配置有弊无利，当电网零序电压升高到接近额定相电压时，所有中性点不接地的变压器均同时感受到零序过电压。
如果没有采用间隙过流保护的终端变压器中性点间隙抢先放电，当无法持续放电时，则带电源的中性点不接地变压器将无法脱离故障电网。
因此，对于低压侧无电源的终端变压器，如果没有配置完整的间隙电流保护及零序过电压保护，应解除中性点棒间隙或人为增大间隙距离，避免间隙抢先放电。
对于内桥接线的变电站，中性点接地变压器零序电流第一时限跳900和100母分不是最佳的方案。
由于在低压侧并列运行时，跳900开关后多损失一段母线，同时中性点不接地变压器低压侧开关仍运行，在目前没有零序过电压保护的情况下，若因10kV转电等原因存在临时低压电源，则不接地变压器就存在过电压的危险。
因此，在110kV侧已装设三相电压互感器的前提下，增加零序过电压保护是简便易行的安全措施。
5变压器中性点接地方式控制以及零序保护改进措施
首先是要确保110kV系统为有效接地系统。
防止误操作是最根本的办法，保证电源端变压器110kV侧中性点有效接地。
如果保护整定许可，可以将电源侧2台并列运行的变压器中性点同时接地。
带电源变压器失去接地中性点后可能成为非有效接地系统，因此，对于电源端变压器或者将来可能带电源的变压器，在设计阶段就应考虑配置完整的中性点间隙保护，包括中性点零序过电流保护，中性点间隙电流保护以及母线开三角零序电压保护。
在110kV馈出线路上，不论并接几台变压器，在电源侧中性点接地的情况下，各终端变压器中性点可以不接地运行。
在实际运行中，为防止可能出现的不安全因素，可安排其中一台中性点接地，在选择接地中性点时，可按以下顺序考虑：
首先选择低压侧临时带电源的变压器，其次考虑高压侧没有断路器的变压器，最后选择离电源端距离最短的变压器中性点接地即可。
已经投入运行的大部分110kV终端变电站，由于目前尚未配置母线TV开三角零序电压保护以及中性点间隙电流保护，为避免中性点间隙抢先放电，应将原先装设的中性点棒间隙拆除或人为增大间隙距离。
今后设计的110kV变电站，高压侧宜考虑采用三相电压互感器，设置零序过电压保护和变压器中性点间隙电流保护。
这种配置可以提供灵活的运行方式，适应将来电网结构的变化。
对于内桥接线变电站，主变中性点零序电流保护第一时限应切除另一台不接地变压器，避免扩大停电范围或者可能出现的工频过电压。
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