变压器中性点接地方式分析与探讨(7)

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 变压器中性点接地方式分析与探讨

周志敏

1.概 述

中压电网以35KV、10KV、6KV 三个电压电压应用较为普遍，其均为中性点非接地系统，但是随着供电网络的发展，特别是采用电缆线路的用户日益增加，使得系统单相接地电容电流不断增加，导致电网内单相接地故障扩展为事故。我国电气设备设计规范中规定35KV 电网如果单相接地电容电流大于10A，3KV—10KV 电网如果接地电容电流大于30A，都需要采用中性点经消弧线圈接地方式，而《城市电网规划设计导则》（施行）第59条中规定“35KV、10KV 城网，当电缆线路较长、系统电容电流较大时，也可以采用电阻方式”。因对中压电网中性点接地方式，世界各国也有不同的观点及运行经验，就我国而言，对此在理论界、工程界

也是讨论的热点问题，在中压电网改造中，其中性点的接地方式问题，现已引起多方面的关注，面临着发展方向的决策问题。 2.中性点不同的接地方式与供电的可靠性

在我国中压电网的供电系统中，大部分为小电流接地系统（即中性点不接地或经消弧线圈或电阻接地系统）。我国采用经消弧线圈接地方式已运行多年，但近几年有部分区域采用中性点经小电阻接地方式，为此对这两种接地方式作以分析，对于中性点不接地系统，因其是一种过度形式，其随着电网的发展最终将发展到上述两种方式。

2.1中性点经小电阻接地方式

世界上以美国为主的部分国家采用中性点经小电阻接地方式

原因是美国在历史上过高的估计了弧光接地过电压的危害性

而采用此种方式用以泄放线路

上的过剩电荷来限制此种过电压。中性点经小电阻接地方式中，一般选择电阻的值较小。在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A 左右，也有的控制在100A 左右，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作，切除故障线路。其优缺点是： 2.1.1.系统单相接地时，健全相电压不升高或生幅较小，对设备绝缘等级要求较低，其耐压水平可以按相电压来选择。 2.1.2.接地时由于流过故障线路的电流较大零序过流保护有较好的灵敏度

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 可以比较容易检除接地线路。

2.1.

3.由于接地点的电流较大

当零序保护动作不及时或拒动时将使接地点及附近的绝缘受到更大的危害

导致相间故障发生。 2.1.4.当发生单相接地故障时

无论是永久性的还是非永久性的均作用与跳闸使线路的跳闸次数大大增加

严重影响了用户的正常供电使其供电的可靠性下降。

2.2中性点经消弧线圈接地方式

1916年发明了消弧线圈

并于1917年首台在德国Pleidelshein 电厂投运至今

已有84年的历史运行经验表明其广泛适用于中压电网在世界范围有德国、中国前苏联和瑞典等国的中压电网均长期采用此种方式，显著提高了中压电网的安全经济运行水平。 采用中性点经消弧线圈接地方式，在系统发生单相接地时，流过接地点的电流较小，其特点是线路发生单相接地时，可不立即跳闸，按规程规定电网可带单相接地故障运行2小时。从实际运行经验和资料表明，当接地电流小于10A 时，电弧能自灭，因消弧线圈的电感的电流可抵消接地点流过的电容电流，若调节得很好时，电弧能自灭。对于中压电网中日益增加的电缆馈电回路，虽接地故障的概率有上升的趋势，但因接地电流得到补偿，单相接地故障并不发展为相间故障。因此中性点经消弧线圈接地方式的供电可靠性，大大的高于中性点经小电阻接地方式，但中性点经消弧线圈接地方式也存在着以下问题：

2.2.1.当系统发生接地时由于接地点残流很小且根据规程要求消弧线圈必须处于过补偿状态接地线路和非接地线路流过的零序电流方向相同故零序过流、零序方向保护无法检测出已接地的故障线路。

2.2.2.因目前运行在中压电网的消弧线圈大多为手动调匝的结构

必须在退出运行才能调整也没有在线实时检测电网单相接地电容电流的设备故在运行中不能根据电网电容电流的变化及时进行调节

所以不能很好的起到补偿作用

仍出现弧光不能自灭及过电压问题。 中性点经消弧线圈接地方式存在的两大缺点，也是两大技术难题，多年来电力学者致力于解决这一技术难题，随着微电子技术、检测技术的发展和应用，我国已研制生产出自动跟踪消弧线圈及单相接地选线装置，并已投入实际运行取得良好

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 效果，现在正处在推广应用阶段。

3.单相接地电容电流

因中性点不接地方式在中压电网中

仅是一种短期的过渡方式最终是要过度到经消弧线圈或小电阻接地方式而在改造前要对电网中的电容电流进行计算和测量，以给改造提供技术数据。中压电网单相接地电容电流有以下几部分构成：

3.1.系统中所有电气连接的全部线路（电缆线路、架空线路）的电容电流。

3.2系统中相与地之间跨接的电容器产生的电容电流。

3.3.因变配电设备造成的电网电容电流的增值。

系统中的电容电流可按下式计算：

ΣIc=Σic1＋Σic21＋k％

式中：Σic 电网上单相接地电容电流之和 ΣIc1线路和电缆单相接地电容电流之和

Σic2系统中相与地间跨接的电容器产生的电容电流之和

k％配电设备造成的电网电容电流的增值。10KV 取16％、35KV 取13％。

在对电网上单相电容电流计算的基础上，为了准确选择和合理配置消弧线圈的容量，对系统运行中单相电容电流进行实测是十分必要的，微机在线实时检测装置为实测网上单相电容电流提供了快速准确的手段，其原理是，检测系统的不平衡电压E0，并以一定的采样周期检测线电压UAB，中性点位移电压U0及中性点位移电流I0，根据下式计算出单相接地电容电流。

E0=U0＋I0×Xc 式中：Xc 为系统对地容抗； 因Xc=（E0—U0）/I0

则Ic=U 相/Xc=U 相I0/E0—U0

式中Ic 为单相接地电容电流

单相电容电流的检测也可以采用偏置电容法和中性点外加电容法，在测试中，可以选用几种不同容量的Cf（所加的偏置电容）测出几组数据，利用移动平均值获得单相接地电容电流，以减少测试中的误差。

4.微机控制消弧装置

人工调谐的消弧线圈，因不能随着电网的运行实时调整补偿量，这样就不能保证

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 电网始终处于过补偿状态，甚至导致系统谐振，并难以将故障发生时入地电流限制到最小。我国研制微机自动跟踪消弧装置始于80年代，现已不断完善形成系列产品，并配套接地自动选线环节，有效的解决了中性点经消弧线圈接地方式的电网，长期难以解决的技术问题。该装置的Z 型结构接地变压器，具有零序阻抗小，损耗低，并可带二次负荷，其可调电抗器为无级连续可调铁芯全气隙结构，具有调节特性好、线性度高、噪声低等特点，装置采用消弧线圈串电阻接地方式，以抑制消弧线圈导致谐振的问题，其微机控制单元是实现自动跟踪检测、调节、选线的核心，系统的响应时间小于20s 由过补、欠补、最小残流三种运行方式。 装置在运行中计算机周期采样，以获得电网运行的适时参数，计算机对系统电容电流、残流进行计算，根据设定值与计算值的偏差自动调整电抗器的电感量，从而实现消弧线圈运行在设定值上。选线装置是通过计算机过对线路零序电流的采样，计算机根据采样电流的幅值和方向判断接地线路，可达到准确及时的检出有接地故障的线路。

5.110KV 分级绝缘变压器中性点

国产110kV 变压器一般采用分级绝缘结构，中性点绝缘有35kV，44kV，60kV 电压等级，按原国标GB311－83《高压输变电设备的绝缘配合》和现行业标准DL/T620－1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：雷电全波和截波耐受电压分别为180kV，250kV，325kV；短时工频耐受电压

有效值分别为

85kV，95kV，140kV。电力系统中110kV 有效接地系统，为了限制单相接地短路电流、防止通信干扰和满足继电保护整定配置等要求，大部分110kV 变压器分级绝缘中性点是不直接接地运行的。 对于中性点不接地的分级绝缘变压器，当雷电波从线路侵入变压器到达变压器中性点以及系统单相接地、非全相运行，特别是伴随产生变压器励磁电感与线路对地电容谐振时，会产生较高的雷电过电压或工频稳态过电压，对分级绝缘变压器中性点构成威胁，甚至使绝缘损坏。因此，分级绝缘变压器中性点的过电压保护通常采用FZ 型避雷器或氧化锌避雷器加并联水平棒间隙的保护方式。但运行经验表明，这种保护方式存在许多不完善之处。

5.1运行中问题分析

对于分级绝缘变压器中性点过电压保护，采用氧化锌避雷器加并联水平棒间隙的

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 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单相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。避雷器与水平棒间隙相配合方式，存在不完善之处如下：

5.1.1在防雷保护时；以Y1W－55/140型氧化锌避雷器为例，其标称放电电流1kA 下雷电冲击残压为109kV，按主变压器中性点最低35kA 级冲击绝缘水平考虑，其绝缘保护裕度因数达1.51足够。但110mm 水平棒间隙50％操作冲击放电电压峰值约110～120kV，事故时受雷电环境条件分散系数的影响，更接近避雷器的冲击残压水平，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，造成继电保护误动。 5.1.2当系统发生单相接地；分级绝缘变压器中性点出现各种暂态或稳态过电压，一般情况下，氧化锌避雷器和水平棒间隙都不应动作。而110mm 水平棒间隙工频放电电压约58.4kV 有效值，实际出现在主变压器中性点处的工频过电压应低于该数值，但110mm 水平棒间隙仍放电击穿。由于用作间隙的棒直径大小差异和间隙棒头未几何形状等因素，导致在实际运行中棒间隙的动作频繁以及继电保护误动的可能性增大。

6.分级绝缘变压器中性点的过电压保护方式

按电力行业标准DL/T620－1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，

对于分级绝缘变压器中性点的过电压保护方式可分为两类情况考虑： 6.1有效接地系统中的中性点不接地的变压器 6.1.1对于中性点绝缘为60kV 电压等级的变压器，选用HY1.5W5－72/186型复合外套式氧化锌避雷器或HY1C4－73/175型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器，其雷电过电压下的安全裕度因数可达 1.6左右。且由于避雷器额定工作电压较高，足以保证当系统发生单相接地故障引起工频电压升高时，避雷器不动作，避免了因通流容量不够发生爆炸的可能性。

6.1.2对于中性点绝缘为35kV，44kV 电压等级的变压器，选用HY1C4－60/134型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器，其雷电过电压下的安全裕度因数为 1.2以上，该型避雷器工频放电电压有效值不小于95kV，因此，可较长时间承

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 受中性点处工频过电压而不发生误动作。

取消加并联水平棒间隙的保护方式，可避免因水平棒间隙频繁动作造成继电保护误动的可能性，减少了不必要的停电损失，也提高了电力系统稳定和供电可靠性。

6.2系统失地

对可能形成系统失地且低压侧有电源的分级绝缘变压器不接地的中性点应装设间隙。因接地故障形成局部不接地系统时该间隙应动作；系统以有效接地方式运行发生单相接地故障时间隙不动作。间隙距离的选择除应满足上述两项要求外，还应兼顾雷电过电压下保护变压器中性点标准分级绝缘的要求。

分级绝缘变压器带故障失地及开关非全相操作所产生的工频过电压有可能危及变压器中性点绝缘，避雷器因通流容量不足难以限制这种工频过电压。因此，必须采用棒间隙保护。对于中性点绝缘为60kV 绝缘等级，采用140mm 水平棒间隙保护，其雷电冲击保护比和操作冲击保护比均有足够的裕度，且满足过电压规程的技术要求。但对于90雷暴日左右的多雷区域，雷过电压使水平棒间隙频繁动作导致主变压器失压或继电保护误动的问题得不到有效的解决。而采用HY1C4－73/175型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器并联与之配合，能收到较好的效果。该型避雷器的工频放电电压有效值95kV，1.2/50μs 冲击放电电压峰值

120kV ，工频耐受电压不小于有效值73kV，而140mm 间隙的工频放电电压上限值71kV，冲击放电电压下限值129kV，足见其配合是可行的。使用水平棒间隙保护时应加装间隙零序保护，即在棒间隙接地端串有CT 作为零序信号抽取，当水平棒间隙击穿放电时，带时限切断变压器开关，防止截波作用危及变压器层、匝间绝缘或其它运行设备。 对于中性点绝缘为35kV，44kV 电压等级的变压器，其标准雷电冲击全波和截波分别为180kV，250kV，取绝缘老化累积因数0.85，则变压器中性点冲击耐受水平约153kV，若采用120mm 水平棒间隙，其冲击放电电压上限值为154.7kV，因此，必须加氧化锌避雷器承担外过电压。考虑水平棒间隙动作的击穿电压值受大气环境条件的影响及其它因素，根据理论计算，选用125mm 水平棒间隙与并联HY1C4－60/134 型复合外套式串联间隙氧化锌避雷器配合的方式，较为适宜。棒间隙的配置，可使用φ16mm 圆钢，端部半球形，表面加工细致无毛刺。这一点非常重要。

筑龙网W W W .Z H U L O N G .C O M 7.结 语

中压电网的中性点接地方式在国内也有不同的观点，并已成为电网改造中的一个热点问题，根据我国多年的运行经验及科学技术的进步，解决了中压电网中性点经消弧线圈接地系统长期难以解决的技术难题。自动跟踪消弧线圈及接地选线装置的不断完善和推广应用，为中压电网中性点经消弧线圈接地提供了技术保障。为此，在我国采用中性点经消弧线圈接地方式是我国中压电网的发展方向。 以往对于分级绝缘变压器中性点过电压保护，采用避雷器与水平棒间隙的配置方式，由于参数配合困难，存在不足之处，给系统运行带来一些问题。在110kV 系统不失地时，中性点不接地的分级绝缘变压器，可在中性点装设相应技术参数的氧化锌避雷器。而对可能形成系统失地且低压侧有电源的分级绝缘变压器不接地的中性点，采用合理的水平棒间隙与并联复合外套式串联间隙氧化锌避雷器配合方式较为适宜。使用水平棒间隙保护时应加装间隙零序保护，有利于防止因间隙击穿放电的截波作用危及变压器层、匝间绝缘或其它运行设备。