主变中性点接地保护装置技术问答.docx

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主变中性点接地保护装置技术问答

主变中性点接地保护装置技术问答

□第1部分过电压的产生与反事故措施

1－1、电力系统过电压主要有哪些种类？

及其产生的原因、性质和危害。

答：

电力系统在特定条件下所出现的超过工作电压的异常电压升高（超过额定值的10%）。

属于电力系统中的一种电磁扰动现象。

电工设备的绝缘长期耐受着工作电压，同时还必须能够承受一定幅度的过电压，这样才能保证电力系统安全可靠地运行。

研究各种过电压的起因，预测其幅值，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提，对于电工设备制造和电力系统运行都具有重要意义。

过电压分外过电压和内过电压两大类。

又称雷电过电压、大气过电压。

由大气中的雷云对地面放电而引起的。

分直击雷过电压和感应雷过电压两种。

雷电过电压的持续时间约为几十微秒，具有脉冲的特性，故常称为雷电冲击波。

直击雷过电压是雷闪直接击中电工设备导电部分时所出现的过电压。

雷闪击中带电的导体，如架空输电线路导线，称为直接雷击。

雷闪击中正常情况下处于接地状态的导体，如输电线路铁塔，使其电位升高以后又对带电的导体放电称为反击。

直击雷过电压幅值可达上百万伏，会破坏电工设施绝缘，引起短路接地故障。

感应雷过电压是雷闪击中电工设备附近地面，在放电过程中由于空间电磁场的急剧变化而使未直接遭受雷击的电工设备（包括二次设备、通信设备）上感应出的过电压。

因此，架空输电线路需架设避雷线和接地装置等进行防护。

通常用线路耐雷水平和雷击跳闸率表示输电线路的防雷能力。

电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压。

有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。

暂态过电压是由于断路器操作或发生短路故障，使电力系统经历过渡过程以后重新达到某种暂时稳定的情况下所出现的过电压，又称工频电压升高。

常见的有：

①空载长线电容效应（费兰梯效应）。

在工频电源作用下，由于远距离空载线路电容效应的积累，使沿线电压分布不等，末端电压最高。

②不对称短路接地。

三相输电线路a相短路接地故障时，b、c相上的电压会升高。

③甩负荷过电压，输电线路因发生故障而被迫突然甩掉负荷时，由于电源电动势尚未及时自动调节而引起的过电压。

操作过电压是由于进行断路器操作或发生突然短路而引起的衰减较快持续时间较短的过电压，常见的有：

①空载线路合闸和重合闸过电压。

②切除空载线路过电压。

③切断空载变压器过电压。

④弧光接地过电压。

谐振过电压是电力系统中电感、电容等储能元件在某些接线方式下与电源频率发生谐振所造成的过电压。

一般按起因分为：

①线性谐振过电压。

②铁磁谐振过电压。

③参量谐振过电压。

大气过电压由直击雷引起，特点是持续时间短暂，冲击性强，与雷击活动强度有直接关系，与设备电压等级无关。

因此220KV及以下系统的绝缘水平往往由防止大气过电压决定。

工频过电压由长线路的电容效应及电网运行方式的突然改变引起，特点是持续时间长，过电压倍数不高，一般对设备绝缘危险性不大，但在超高压、远距离输电确定绝缘水平时起重要作用。

操作过电压由电网内开关操作引起，特点是具有随机性，但最不利情况过电压倍数较高。

因此300KV及以上超高压系统的绝缘水平往往由防止操作过电压决定。

谐振过电压:

由系统电容及电感回路组成谐振回路时引起，特点是过电压倍数高、持续时间长。

1－2、电力系统中性点的运行方式主要有哪几种？

答：

电力系统中性点接地方式有两大类:

一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地，经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。

其中采用最广泛的是中性点接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。

（一）中性点不接地系统

当中性点不接地的系统中发生一相接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，但是这种电网长期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。

所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。

在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。

在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。

由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达（2.5～3）Ux。

这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。

在电压为3-10kV的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。

在20～60kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。

因此，在这些电网中，规定一相接地电流不得大于10A。

（二）中性点经消弧线圈接地系统

当一相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。

消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。

绕组的电阻很小，电抗很大。

消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。

显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。

采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少（如某回线路切除）也不会引起谐振，而是离谐振点更远。

在中性点经消弧线圈接地的系统中，一相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高至倍，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。

接地电流小，还可减轻对附近弱点线路的影响。

在中性点经消弧线圈接地的系统中,各相对地绝缘和中性点不接地系统一样,也必须按线电压设计。

（三）中性点直接接地系统

中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。

在这种系统中，当发生一相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，一相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。

中性点直接接地或经过电抗器接地系统，在发生一相接地故障时，故障的送电线被切断，因而使用户的供电中断。

运行经验表明，在110KV及以上的电网中，大多数的一相接地故障，尤其是架空送电线路的一相接地故障，大都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而送电线可以立即恢复工作。

目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统一相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。

中性点直接接地的主要优点是它在发生一相接地故障时,非故障相地对电压不会增高,因而各相对地绝缘即可按相对地电压考虑。

电网的电压愈高，经济效果愈大；而且在中性点不接地或经消弧线圈接地的系统中，单相接地电流往往比正常负荷电流小得多，因而要实现有选择性的接地保护就比较困难，但在中性点直接接地系统中，实现就比较容易，由于接地电流较大，继电保护一般都能迅速而准确地切除故障线路，且保护装置简单，工作可靠。

1－3、电力系统中性点的运行方式该如何选择？

答：

目前我国电力系统中性点的运行方式，大体是：

（1）对于6-10kV系统，由于设备绝缘水平按线电压考虑对于设备造价影响不大，为了提高供电可靠性，一般均采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。

（2）对于110kV及以上的系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装置，一般均采用中性点直接接地的方式。

并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装置等措施，以提高供电可靠性。

（3）20-60kV的系统，是一种中间情况，一般一相接地时的电容电流不很大，网络不很复杂，设备绝缘水平的提高或降低对于造价影响不很显著，所以一般均采用中性点经消弧线圈接地方式。

（4）1KV以下的电网的中性点采用不接地方式运行。

但电压为380/220V的系统，采用三相五线制，零线是为了取得零电压，地线是为了安全。

而重要的110KV线路以及山区的110KV线路中性点也采用经消弧线圈接地的方式，具体采用哪种方式，主要是依据各级电压所允许过电压数值以及系统的运行稳定的要求决定的。

1－4、国网公司十八项反事故措施的主要内容有哪些？

答：

为认真贯彻落实“安全第一、预防为主”工作方针，完善各项反事故措施，进一步提高电网安全生产水平，国家电网公司通过总结分析近年来公司系统发生重大事故的特征，在原国家电力公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的基础上，组织制订了《国家电网公司十八项电网重大反事故措施（试行）》，并于2005年10月1日印发执行。

　　该十八项反事故措施为：

防止人身伤亡事故、防止系统稳定破坏事故、防止机网协调事故、防止电气误操作事故、防止枢纽变电站全停事故、防止输电线路事故、防止输变电设备污闪事故、防止直流输电和换流设备事故、防止大型变压器损坏事故、防止互感器损坏事故、防止开关设备事故、防止接地网和过电压事故、防止直流系统事故、防止继电保护事故、防止电网调度自动化系统与电力通信网事故、防止垮坝、水淹厂房事故、防止火灾事故、防止交通事故。

　　本书适用于从事电网设备制造、设计、安装、调试、生产的各单位技术人员、相关制造厂家技术人员和相关管理人员。

1－5、国网公司十八项反事故措施要求如何防止变压器中性点过电压事故？

答：

第12项防止接地网和过电压事故

为防止接地网和过电压事故，应认真贯彻《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）、《接地装置工频特性参数的测量导则》（DL/T475-1992）、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）及其它有关规定，并提出以下重点要求：

12.3 防止变压器中性点过电压事故

12.3.1 切合110kV及以上有效接地系统中性点不接地的空载变压器时，应先将该变压器中性点临时接地。

12.3.2 为防止在有效接地系统中出现孤立不接地系统并产生较高工频过电压的异常运行工况，110～220kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。

对于110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压185kV时，还应在间隙旁并联金属氧化物避雷器，间隙距离及避雷器参数配合应进行校核。

间隙动作后，应检查间隙的烧损情况并校核间隙距离。

1－6、为什么110KV及以上变压器在停电及送电前必须将中性点接地？

答：

我国的110KV电网一般采用中性点直接接地系统。

在运行中，为了满足继电保护装置灵敏度配合的要求，有些变压器的中性点不接地运行。

但因为断路器的非同期操作引起的过电压会危及这些变压器的绝缘，所以要求在投切110KV及以上空载变压器时，将变压器的中性点直接接地。

1－7、国网公司十八项反事故措施要求如何防止避雷器事故？

答：

第12项防止接地网和过电压事故

为防止接地网和过电压事故，应认真贯彻《交流电气装置的接地》（DL/T621-1997）、《接地装置工频特性参数的测量导则》（DL/T475-1992）、《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）及其它有关规定，并提出以下重点要求：

12.7 防止避雷器事故

12.7.1 新上或更换的110kV及以上电压等级避雷器，宜采用金属氧化物避雷器。

对110～200kV普阀避雷器，应积极进行更换。

”

12.7.2 对金属氧化物避雷器，必须坚持在运行中按规程要求进行带电试验。

当发现异常情况时，应及时查明原因。

35kV及以上电压等级金属氧化物避雷器可用带电测试替代定期停电试验，但对500kV金属氧化物避雷器应3－5年进行一次停电试验。

12.7.3 严格遵守避雷器电导电流测试周期，雷雨季节前后各测量一次。

12.7.4 110kV及以上电压等级避雷器宜安装电导电流在线监测表计。

对已安装在线监测表计的避雷器，每天至少巡视一次，每半月记录一次，并加强数据分析。

12.7.5 严格金属氧化物避雷器的选型管理，严禁错用金属氧化物避雷器。

12.7.6 为使避雷器动作负载平衡，变电站110kV及以上电压等级避雷器应采用同类型避雷器，如有混装（即同一变电站同时使用金属氧化物避雷器、磁吹避雷器和普阀避雷器）情况，应进行改造更换。

 1－8、国网公司十八项反事故措施要求如何预防隔离开关故障？

答：

第11项防止开关设备事故

11.1.1 所选用的高压开关设备除应满足相关国家标准外，还应符合国家电网公司《交流高压断路器技术标准》、《交流高压隔离开关和接地开关技术标准》、《气体绝缘技术封闭开关设备技术标准》（国家电网生[2004]634号）及《关于高压隔离开关订货的有关规定（试行）》（生产输电[2004]4号），不得选用已明令停止生产、使用的各种型号开关设备。

11.12 预防隔离开关故障的措施

11.12.1　应对不符合国家电网公司《关于高压隔离开关订货的有关规定（试行）》完善化技术要求的72.5kV及以上电压等级隔离开关应进行完善化改造。

11.12.2　新安装或检修后的隔离开关必须进行回路电阻测试，另外应积极开展瓷绝缘子探伤和触指压力测试。

11.12.3 加强对隔离开关导电部分、转动部分、操动机构、瓷绝缘子等的检查与润滑，防止机械卡涩、触头过热、绝缘子断裂等故障的发生。

隔离开关各运动部位用润滑脂宜采用性能良好的锂基润滑脂。

11.12.4　应在绝缘子金属法兰与瓷件的胶装部位涂以性能良好的防水密封胶。

11.12.5 与隔离开关相连的导线弛度应调整适当，避免产生太大的拉力。

11.12.6 为预防GW6型隔离开关运行中“自动脱落分闸”，在检修中应检查操动机构蜗轮、蜗杆的啮合情况，确认没有倒转现象；检查并确认刀闸主拐臂调整是否过死点；检查平衡弹簧的张力是否合适。

第2部分过电压的保护

2-1、变压器的主保护和后备保护分别有哪些?

答：

变压器的主保护为差动保护和重瓦斯保护。

差动保护作为变压器内部以及套管引出线相间短路的保护以及中性点直接接地系统侧的单相接地短路保护，同时对变压器内部绕组的匝间短路也能反应。

瓦斯保护能反应变压器内部的绕组相间短路、中性点直接地系统侧的单相接地短路、绕组匝间短路、铁芯或其它部件过热或漏油等各种故障。

由上可以看出，差动保护对变压器内部铁芯过热或因绕组接触不良造成的过热无法反应，且当绕组匝间短路时短路匝数很少时，也可能反应不出。

而瓦斯保护虽然能反应变压器油箱内部的各种故障，但对于套管引出线的故障无法反应，因此，通过瓦斯保护与差动保护共同组成变压器的主保护。

其它保护均为后备保护，一般有零序保护、过流保护、过负荷保护，此外还有油温、油面监控保护，中性点间隙保护等。

自耦变压器还有公共线圈过流保护。

2-2、如何实现变压器的零序保护？

答：

在中性点直接接地的电网中，单相接地故障机率大，短路电流值较大，有时可能大于三相短路电流，不但危害设备而且容易发展成为多相短路。

发生接地故障时，电网中将出现零序电流和零序电压，可利用零序分量实现接地保护。

中性点直接接地变压器设置的零序电流保护和零序电压保护，是整个电网接地保护组成的一部分，主要作为母线和相邻线路主保护的后备，同时也对变压器内部接地故障起后备作用。

中性点直接接地变压器的零序电流保护及整定原则

变压器零序过电流保护的电流元件接到变压器中性点处电流互感器的二次侧，这种接线简单，动作可靠，不存在因三相电流互感器误差引起不平衡电流的问题。

供接地保护用的电流互感器一般应采用变压器中性点带有套管式电流互感器。

这样，电流互感器一次侧的电压不会很高，可选用额定电压较低的电流互感器。

在正常情况下，电流互感器中基本上没有电流通过，电流互感器的最小变比仅取决于通过接地短路电流3XI0时的热稳定和动稳定条件。

为了提高动作的可靠性，并尽量对相邻线路和变压器内部接地故障起后备作用，设置两段式零序电流保护，每段均有两个时限，并以较短的一段时限动作于缩小故障影响范围（例如双母线系统动作于断开母联断路器），以较长的时限有选择性地动作于断开变压器各侧断路器。

1.双绕组变压器

零序电流保护Ⅰ段的动作电流和延时，与相邻元件零序电流保护的Ⅰ段（瞬时段）相配合。

以t1短延时断开母联断路器，尽快将故障母线与健全母线隔离，以保证健全母线的安全运行。

以t2长延时断开变压器高、低压两侧断路器。

零序电流保护Ⅱ段的动作电流和延时，与相邻元件零序电流保护的后备段相配合。

以，4”BXt3的时限断开母联断路器，以t4Z的时限断开变压器高、低侧断路器。

Ⅰ段动作电流和动作时限

Idz′，Ⅰ=KKI′dz′，Ⅰ

t1=0.5～1.0s

t2=t1+Δt（不超过1.5s）式中KK——可靠系数，取1.2；

I′dz′，Ⅰ——相邻元件保护瞬时段的动作电流。

Ⅱ段动作电流和动作时限

Idz′，Ⅱ=KPKfz′，0I，4”BZ〗′dz′，Ⅱ

t3=t′xl，max+Δt

t4=t3+Δt

式中KP——配合系数，取1.1～1.2；

Kfz′，0——零序电流分支系数，其值等于出线零序电流保护后备段保护范围末端发生接地短路时，流过本保护的零序电流与流过线路零序电流保护的零序电流之比。

I′dz′，Ⅱ——出线零序电流保护后备段的动作电流；

txl′，max——零序电流保护后备段的最大动作时限。

为防止变压器与系统并列之前，在变压器高压侧发生单相接地而误将母联断路器断开，零序电流保护经高压侧断路器1DL的常开辅助接点闭锁。

只有在变压器高压侧断路器合闸的情况下，零序电流保护才能动作于母联断路器。

2.三绕组变压器

（1）单侧中性点直接接地三绕组变压器的零序电流保护。

Ⅰ段的动作电流与相邻元件零序电流保护的Ⅰ段相配合，动作后以第一个延时断开母联断路器，第二个延时断开保护安装侧断路器。

Ⅱ段的动作电流与相邻元件零序电流保护后备段相配合，动作后以第一个延时断开保护安装侧的断路器，第二个延时断开三侧断路器。

（2）高、中压侧中性点直接接地的三绕组变压器的零序电流保护。

保护装设在高、中压侧中性点电流互感器回路内。

Ⅰ段动作电流与相邻元件零序电流保护Ⅰ段相配合，如电流整定值躲不过变压器其它侧母线故障时，可加方向元件并指向被保护母线。

设置两个延时，以短延时0.3s断开母联断路器，以较长延时0.5s断开本侧断路器。

Ⅱ段动作电流与相邻元件零序电流保护后备段相配合，并与变压器其它侧零序电流保护相配合。

动作后以短延时断开本侧断路器，以较长延时断开其它侧断路器。

变压器中性点仅部分接地运行的变压器零序电流和零序电压保护及整定原则

为了保证系统中零序电流的大小和分布情况尽量不受运行方式变化的影响，在发电厂或变电所中仅使部分变压器的中性点接地运行。

针对中性点接地运行的情况，需要装设零序电流保护；针对中性点不接地运行的情况，为了防止单相接地并在电网中失去接地中性点时引起的过电压损伤变压器绝缘，还需要装设零序电压保护。

图2.3.2所示为部分变压器中性点接地系统（仅两台变压器）图。

在线路上D点发出单相接地故障时，若4DL因某种原因而拒动系统侧两条线路的断路器5DL、6DL跳闸，中性点接地变压器B1的零序电流保护使断路器1DL跳闸。

这时，变压器B2便成为带接地故障点的，中性点不接地系统的运行状态。

中性点接地运行方式下的保护采用零序电流保护，而中性点不接地运行方式下的保护，可根据变压器绝缘等级的不同，分别采用如下的保护方案：

1.全绝缘变压器

除装设两段零序电流保护外，还增设零序电压保护。

当电网发生单相接地且失去接地中性点时，零序过电压保护经0.3～0.5s时限动作于断开变压器各侧断路器。

如图2.3.3所示，由电压继电器和时间继电器构成零序过电压保护。

其延时的作用是避免在部分变压器中性点接地的情况下，电网中发生单相接地时暂态过程的影响。

保护的动作电压按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整定。

因此，零序过电压保护仅在电网中发生单相接地短路、且中性点接地的变压器已全部断开之后才可能动作。

这样，保护的动作时限就不需要与电网中其他接地保护的动作时限相配合，因而动作时限可以整定的很小。

在220kV系统中，x0／x1=3时，单相接地暂态电压值可能达到158kV，故零序过电压保护的动作电压为

Udz′·0≠2Ux式中Ux——电网的额定相电压。

应当注意：

整定值不应大于电压互感器的饱和电压。

由于保护接在母线电压互感器的开口三角绕组侧Ux／1003／100，当中性点直接接地系统（x0／x1≤3）中发生单相接地时，开口三角绕组稳态电压不会超过180V；系统失去接地中性点而发生单相接地故障时，开口三角绕组的电压，理论上为300V，实际上由于电压互感器的饱和，输出电压要低一些（一般在200V左右可能出现饱和），因此，保护装置的动作电压一般可取低于200V的数值（如180V）。

2.分级绝缘变压器

目前，我国采用的220kV分级绝缘变压器，其中性点冲击耐压为400kV，工频耐压为200kV。

为防止中性点过电压，在发生接地故障时，应先断开中性点不接地的变压器，后断开中性点接地的变压器。

（1）中性点装设放电间隙的变压器。

中性点装设放电间隙时，除装设两段零序电流保护外，并增设反应零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护。

如图2.3.4所示，当电网中单相接地且失去接地中性点时，若放电间隙未击穿，则零序电压元件动作，经0.5s延时动作于断开变压器各侧断路器；若间隙击穿电流元件动作，则瞬时动作于切除变压器。

为保护变压器中性点绝缘，要求放电间隙在冲击电压和工频过电压时应当可靠动作；而在单相接地暂态电压作用下，放电间隙不应动作。

设x0和x1分别为电网的零序电抗和正序电抗。

220kV变压器中性点绝缘为110kV等级时，按允许最大截波冲击电压400kV条件所确定的放电间隙，为330mm的棒间隙，适用于综合电抗x0／x1≤1.87的情况，在工频过电压下能对变压器起到保护作用。

因此，中性点可只装设放电间隙，而不需装设避雷器。

当x0／x1≥1.87时，为防止在单相接地暂态电压作用下间隙击穿，应增大间隙的整定值到430mm，这时放电间隙在冲击电压下对变压器已不能起保护作用。

因此，除放电间隙之外，尚需在中性点装设避雷器。

变压器中性点同时装设放电间隙和避雷器，当发生冲击电压和工频过电压时，皆能保护变压器的中性点绝缘。

从中性点绝缘工频耐压为220kV变压器的安全性出发，要求x0／x1，4”BZ〗不应大于3。

如果大于3时，则放电间隙应当可靠地放电，并要求放电间隙的工频放电电压低于避雷器的工频放电电压。

放电间隙击穿后，可降低变压器中性点的过电压值。

由于放电间隙较粗糙，放电时容易烧坏，并且大气条件、放电次数都对其放电电压有影响，使击穿电压的整定值往往不够准确。

放电间隙不能长时间通过电流，因此，对这种接地方式，应装设零序电流电压保护，在间隙击穿后迅速切除变压器；若间隙未击穿，则零序电压元件动作切除变压器，作为放电间隙的后备。

（2）中性点不装设放电间隙的变压器。

中性点不装设放电间隙时，应装设两段零序电流保护，并设置