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浅谈110kV主变中性点放电间隙的作用
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220kV变电站主变中性点接地方式分析方式,分析,接地,变压器,变接地
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220kV变电站主变中性点接地方式分析
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220kV变电站主变中性点接地方式的选择
2013年第1期目录
&&&&&&本期共收录文章20篇
　　摘 要：变电器的中性点接地方式对供电的可靠与安全性有重要影响。对电网主变中性点接地方式的选择方法进行介绍，在选择电网中主变中性点接地运行方式时，应做到既不使接地点数目过多，也不能使接地点太少来提高网络运行的可靠、安全性。 中国论文网 /1/view-4776684.htm　　关键词：变压站 中性点 接地方式 　　中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：（1-02 　　1引言 　　随着电力工业的发展和超高压输电线路的建设以及城市电网改造的大规模进行，面临着如何选择变压器中性点接地的安全问题。电网中性点接地是一个综合的，系统的问题，既涉及到电网的安全可靠性，也涉及电网的经济性，中性点接地方式之家影响到系统电压水平，继电保护方式，系统的可靠运行。如何正确选择接地方式，关系到系统运行的可靠性和设备的安全性。因此，对变压器中性点的接地方式进行探讨。 　　2变压器中性点接地方式 　　中性点直接接地方式又称大接地电流系统，其优点是一相接地时其它两相电压不升高，不存在间歇电弧造成的过电压危险。因此，可选择额定电压低的避雷器作为系统大气过电压的保护，可降低系统的绝缘水平。Ll0kV及以上电网普遍采用直接接地方式，这样可以降低超高压电网的造价。此种系统一相接地时形成单相短路，其短路电流很大，可使保护继电器迅速准确地动作，提高保护的可靠性。但由于短路电流很大，需要选择容量较大的开关及电气设备，并有造成系统不稳定和对通讯线路强烈干扰等缺点。地面低压供电系统，为了获得动力与照明两种不同电压等级和电气设备外壳带电保护接零的需要，采用380/220V三相四线制供电，其供电变压器也采用直接接地工作方式。 　　在大接地电流系统中，电网中不同地点的零序电压和零序电流得变化很大程度受中性点接地变压器的台数、容量及其分布情况的影响。因此，变压器的中性点是否接地，应根据不同运行方式下电网发生接地短路时，不接地变压器中性点的电压值及绝缘水平、断路器容量（在单相接地短路情况下，当对短路点的零序综合阻抗小于正序综合阻抗时，故障相中的零序电流将大于三相短路电流）、零序电流对通信的干扰以及零序电流变化对零序保护工作的影响等因素来考虑。一般应以防止系统过电压为主，同时要求在满足保护装置特性配合的情况下，中性点直接接地的变压器数目应尽可能的少，而且在系统处于各种不同运行方式下发生单相接地短路时，零序电流和零序电压的分布尽可能不变。所以，应按以下原则确定中性点直接接地的变压器的台数及分布情况如下： 　　（1）在多电源系统中，每个发电厂至少有一台变压器的中性点接地，以防止发生由于接地短路引起的危险过电压。若发电厂的变压器中性点不接地，则在线路上单相接地短路时，线路AB的A侧零序保护动作跳闸后，发电厂B就不带接地运行，从而会产生危险的过电压而损坏变压器。如果发电厂B侧也有接地点，则在线路接地短路时，线路AB的B侧的零序保护相会动作眺闸，切除故障点。 　　（2）在发电厂和低压侧有电源的变电所的变压器多于一台时，应将部分变压器的中性点接地，如图1所示，发电厂（或变电所）A和B都有两台变压器，但都有一台变压器接地。当接地的变压器检修或由于其他原因停止运行时，可将一台变压器接地，以保持变压器中性点接地数目不变，从而保持零序电流的分布基本不变。采用部分变压器中性点接地方式后，当母线A单相接地短路时，接地变压器T1跳闸后，低压侧有电源的不接地变压器T2仍带接地点故障运行，高压侧就成为不接地系统，从而会产生危险的过电压。在此情况下应切除变压器。 　　（3）低压侧无电源T2变压器的中性点应不接地运行，以提高保护的灵敏度和简化保护接线。 　　3主变中性点接地方式的选择 　　变压器中性点接地方式是涉及到电力系统、高压技术、继电保护、通信及设备制造等方面的综合件技术问题。 　　每相接地阻抗和系统元件固有的零序阻抗之和的粗成方式，是无关紧要的。因此，一个中性点直接接地的系统，在它的运行性能上，可脱作等于一个具有较低的固有零序阻抗的系统，外加一个适当数值的接地阻抗。系就中单是有着一个直接接地的中性点，实际上不足说明系统在接地故障情况下的运行性能如何。 　　220k系统所采用的有效接地方式，即部分变压器中性点接地，这样可采用简单可靠的零序继电保护：断路器遮断容量不受单相短路电流的限制；同时单相接地对通信线路的干扰也较小。中性点直接接地的电力系统在发生单相接地时的电路。这种单相接地，实际上就是单相短路，用符号k表示。由于变压器和线路的阻抗都很小，故所产生的单相短路电流I比线路中正常的负荷电流大得多。因而保护装置动作使断路器跳闸或线路熔断器熔断，将短路故障部分切除，其他部分则恢复正常运行。该类电网在发生单相接地时，其他两相对地电压不会升高，因此电网中供用电设备的绝缘只需按相电压考虑，这对于110kV及以上的高压、超高压系统有较大的经济技术价值。高压电器特别是超高压电器，其绝缘是设计和制造的关键，绝缘要求的降低，实际上就降低了造价，同时也改善了高压电器的性能。因此，我国110kV及以上的高压、超高压电力系统均采取中性点直接接地的运行方式。 　　按国家标准规定，凡含有中性线的三相系统，通称为三相四线制系统，即“TN”系统。若中性线与保护线共用一根导线——保护中性线PEN，则称为“TN-C”系统；若中性线与保护线完全分开，备用一根导线，则称为“TN-S”系统；若中性线与保护线在前段共用，而在后段又全部或部分分开，则称为“TN-C-S”系统。 　　将变压器中性点直接接地的目的之一，是为了保证万一发生接地故障时，健全相上的电压升高不致过多。表面上看来，似乎这些相上的对地电压，等于正常的相电压。这决非总是如此的，即使变压器中性点是直接接地，健全相上的电压仍可能大大地超过正常的相电压。下面将对两个健全相的电压，作比较详细的研究，并将指出，把变压器的中性点直接接地并不能把系统的中性点严格地固定在大地电位上。 　　简单系统如图2所示。假定发电机非常大（Z1G=Z2G=0），故障发生在变压器的U相端子上，致使线路阻抗ZL和ZOL都等于零。等效电路的粗成部分于是包括ZT（变压器的正序阻抗），ZT（变压器的负序阻抗），和ZOT（变压器的零序阻抗）。故障电流的1/3通过三个串联着的阻抗，在故障相U上，产生一个达全相电压值的电压降△U。现在须确定健全相V和W端子上的电压。 　　4结语 　　当前220kv电网的变压器中性点接地通常是大电流接地方式，如果发生故障，不能及时将故障切除，很容易造成电压升高，设备故障等不良后果。因此如何选择接地方式及保护措施，对电网的安全，可靠运行有重要的意义。 　　参考文献： 　　[1] 何仰赞，增银.电力系统分析（第二版）[M].武汉：华中理工大学，1996. 　　[2] 周泽存，沈其工，方瑜，等.高电压技术（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2004. 　　[3] 吴维诚，毛钧焘，王一宇，译.高压输电系统的中性点接地[M].北京：中国工业出版社，1966. 　　[4] 王德江，陈永衡，马文阁.中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障暂态电流分析[J].继电器，2002（11）. 　　[5] 平绍勋.电力系统中性点接地方式及运行分析[M].北京：中国电力出版社，2010.
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浅谈主变压器中性点接地刀闸的操作
    　　1 变压器检修时对中性点接地刀闸操作要求
　　众所周知，枢纽变电站中主变压器中性点接地刀闸的拉、合管理是保证电网安全运行的一项重要措施。但是，因各地电网的不同，关于主变压器在检修及运行时其中性点接地刀闸应处在何种状态，在认识上存在差异，目前存在四种版本之说。
　　1.1对大型主变压器内部绝缘故障做试验时启动潜油泵，油流摩擦绝缘层会积累电荷，油流循环会磨擦生电，当只有绕组一端接地时，电荷就被导入地下，当绕组和中性点均接地时，可能会产生环流，以绝缘介质上积累正电荷为例。类似测绝缘的过程。如果中性点绕组接地，金属电位是地电位，由于有电容电流，所以介质的各点电位会比不接地的时候降低，但是在介质和金属接触面上就会有非常大的电位梯度，如果绝缘强度不够会可能放电损坏。220kV变压器中性点是半绝缘的，可能损害此处绝缘，为了保证工作人员安全，不得将中性点接地。
　　1.2另外还有人认为变压器检修时中性点接地，是考虑输电线路由于遭受雷电袭击，雷电沿着输电线路铁塔上避雷线向两侧迅速进入变电站接地网中，进入接地网由于反击的影响，而此时中性点接地刀闸是合上的，且有一定的电位，反击电压可能对检修人员造成伤害，故在变压器检修时将中性点接地刀闸拉开。这样的认识似乎有一定的道理，但仔细考虑很有质疑，原因是雷电入侵到变电站以直接进入接地网大地中通过电流场释放，况且变电站还装有母线避雷器，接地网是相连的，只要变电站避雷器完好，接地电阻合格，是不会影响到中性点接地刀闸，再者变电站的一次和二次设备外壳均是可靠接地的，即使有雷电的反击，也不会对检修人员产生危险。
　　1.3系统的中性线是连接在一起的，其他设备或线路故障时就会传导过来，是为了防止检修时系统发生接地等事故，中性线会带上危险电压，所以规定检修要拉开中性点刀闸。
　　1.4由于变压器检修，继电保护人员会对变压器保护进行校验，在做主变中性点接地零序电流和电压保护时，若主变中性点接地刀闸在合位，有可能保护人员做试验输入的模拟量串入中性点CT等附属设备上而向变压器产生反充电，为防止反充电，变压器检修时必须拉开中性点接地刀闸。
　　国家电网公司《电力安全工作规程》(变电站和发电厂电气部分)在4.2.2条也明确规定：检修设备停电，应把各方面的电源完全断开(任何运用中的设备的星形接线设备的中性点，应视为带电设备)。
　　为保证电网安全运行，笔者认为电力变压器中性点接地刀闸的操作应根据电网不同运行方式科学地制定现场规定，涉及主变压器的停送电操作，必须事先合上其中性点刀闸，避免对变压器和操作人员造成伤害。操作完毕后，按有关规定及时拉开不允许长期接地的中性点刀闸。为此应遵循下列操作要求：
　　2 单侧电源主变压器中性点接地刀闸的操作要求
　　2.1当其电源侧开关非全相拉、合时，若中性点刀闸不接地，变压器电源侧中性点对地电压最大可达相电压,这可能损坏变压器绝缘。
　　2.2变压器高、低线圈之间有电容,这种电容会造成高压对低压的传递过电压。当低压侧的电压达到谐振条件时,可能会出现危险的谐振过电压,损坏变压器,破坏系统稳定。
　　3 低压侧有电源的送电变压器中性点接地刀闸的操作要求
　　3.1由于低压侧有电源,在并入系统前,变压器高压侧发生单相接地,若中性点未接地,则其中性点对地电压将是相电压,这可能损坏变压器绝缘。
　　3.2非全相并入系统时,在一相与系统相联时,由于各发电机的系统频率不同,变压器中性点又未接地,该变压器中性点对地电压最高将是二倍的相电压,未合相的电压最高可达2.73倍相电压,将造成绝缘损坏。
　　4 当不同电压等级线路之间进行合环操作变压器中性点接地刀闸操作要求
　　当不同电压等级线路之间，由于环路运行有时必须经过主变压器，为了防止操作过电压,损坏变压器,要求合上环路中变压器的中性点接地闸刀。
　　5 切换变压器中性点操作原则:切换原则是保证电网不失去接地点,采用先合后拉的操作方法
　　5.1合上备用接地点的接地刀闸;
　　5.2拉开工作接地点的接地刀闸;
　　5.3将零序保护切换到中性点接地的变压器中;
　　6 三圈变高压侧开关检修时35kV、10kV两侧运行,对中性点接地刀闸的要求
　　由于当主变35kV、10kV运行时候，110kV绕组开路运行时，110kV侧及其部分连线仍运行，而其CT二次电流及二次电压均没有，此时若110kV中性点接地闸刀不合上，110kV将成为小电流接地系统，此时发生单相接地，短路电流很小，其零序保护也不会动作，由于故障电流很小，35kV或10kV侧保护也不会动作，而110kV非接地相电压将升高，危险及其绝缘，大电流系统，不考虑长期承受线电压运行，为保证此运行方式下110kV为大电流接地系统，并在发生单相接地时保护能可靠动作，所以需将110kV中性点接地闸刀合上。
　　7 对冲击主变压器对中性点操作要求
　　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的要求和零序电流的合理分布,区域性电网中有的变压器的中性点是不接地的,为了防止断路器分合闸非同期操作引起的操作过电压,危及变压器的绝缘,一般110kV以上变的中性点都是半绝缘的，在切合110kV及以上空载变压器时事前必须将中性点直接接地,若产生过电压将由中性点避雷器释放到大地中,操作后中性点运行方式根据调度命令执行。
Copyright by ；All rights reserved.2013第十四届全国保护和控制学术研讨会
220kV变电站主变中性点接地方式分析
黄超，蒙亮，覃松涛，郑发林
（广西电网电力调度控制中心，广西南宁市 530023）
摘要：220kV变电站主变中性点接地方式的变化(单变接地改为两变接地)本质上改变了系统的零序阻抗，使得工作人员很难恰当调整元件状态或保护配合以适应新的方式。鉴于此，本文对比分析了两种接地方式的各自特点，在此基础上，研究了两变接地方式对断路器遮断容量、短路电流及继电保护定值配合的影响，最后，总结了在方式变更过程中应采取的应对措施，以保证电网的安全稳定运行。 关键词：变压器；中性点；单变接地；两变接地；继电保护
综合考虑绝缘水平、系统稳定、短路电流限制以及保护配合等因素，国内220kV系统目前广泛采用变压器中性点“单变接地方式”，即“变电所有两台及以上变压器时，应只将1台变压器中性点直接接地运行”[1]。尽管该方式保证了系统零序阻抗的相对稳定，有利于保护间的整定配合，但是，对于直配、无环网系统，一旦出现因系统接地故障引起220kV站接地变压器切除就会导致该站剩余的不接地变压器“失地”[2]，使得该变压器中性点产生零序电压。若此时再次发生接地故障，则中性点零序电压上升为相电压，可能造成两个后果：一是中性点绝缘受到过电压影响[3]，二是引起中性点间隙过压保护动作，切除该变压器，从而导致全站失压[4]。因此，单变接地方式下系统存在局部区域停电的风险。
针对该问题，中国南方电网下文[4](本文简称“调文”)决定将单变接地方式更改为“220kV变电站两台及以上变压器安排两台变压器直接接地(高中压侧中性点均直接接地)，并接于不同母线”，本文简称“两变接地方式”。相较于单变接地方式，两变接地方式最大的变动在于改变了系统及对应站的零序阻抗，使得零序网络重新构架。
基于此，本文对比分析了两种接地方式的特点，结合广西电网220kV主网研究了两变接地方式对系统短路容量及继电保护的影响，总
结了执行“调文”过程中应采取的措施，对其他区域电网具有较大的参考意义。
单变接地方式与两变接地方式对比分
目前220kV站采取的变压器单变接地方式见图1(a)，正常运行时，#1变高中压侧直接接地，#2变高中压侧经间隙接地(即不接地)；当#1变检修停运时，将#2变高中压侧直接接地。该方式尽量做到了维持变电站零序阻抗的稳定；通常#1变与#2变容量接近，故220kV侧和110kV侧的零序阻抗基本不受影响。但这种方式存在一旦110kV出线保护拒动则全站可能失压的风险，具体分析如下。
假定图1(a)中110kV出线Line1在K1点发生接地故障，若保护R3拒动，则首先由#1变零序过流保护时限一跳开母联开关ML，将#2变及出线Line2与Line4与故障隔离；其次，由于故障点依然存在，#1变零序过流保护时限二跳该变；最终，中性点不接地的#2变带出线运行，即出现“失地”。此时，一旦110kV母线II所连接的110kV系统出现接地故障(如K2点)，因220kV站内无接地点，保护R4接地保护不动作，若#2变中性点产生的零序电压达到间隙过压保护动作值，则该保护跳#2变，从而导致全站以及所带的相关110kV变电站(图中为站C与站D)失压。
220kV变电站主变中性点接地方式分析
(a) 单变接地
(b) 两变接地
Diagram of the proposed system
分析图1(b)所示变压器两变接地方式：假
定Line1在K1点发生接地故障，若保护R3拒动，则在母联ML跳开且#1变被切除后，#2变中性点接地仍然存在，即使K2点发生接地故障，也会有R4接地保护动作，从而有效避免全站失压。但是，两变接地方式情况下，正
常方式和主变N-1方式对应的零序阻抗相差较大，容易造成保护整定配合困难。
因此，单变接地方式存在局部区域全停的风险，但是保证了零序阻抗的稳定，有利于保护之间的配合；两变接地方式虽然某种程度提高了供电可靠性，但是导致了零序阻抗较大变化，增加了保护配合的难度。
两变接地方式对系统的影响
断路器遮断容量影响分析
电网中断路器等电气设备在设计时按照最严重短路情形进行遮断容量选择，通常采用三相短路。系统采取两变接地方式，使得整个系
统中性点直接接地变压器的数量大幅增加，零
序阻抗降低，导致单相短路电流增加，一旦单
相短路电流大于三相短路电流，即意味着有必要对断路器遮断容量进行校核。
现以图2为例进行分析，图2中xs1、xs0为系统等值到220kV母线的正零序阻抗；x11、x10为从220kV母线向
#1变侧看进去的正零序阻抗；x21
、x20类似；#1、#2变型号及参数相同；假定110kV侧系统无电源。
故障点设置为220kV母线，记Xff(1)、Xff(0)分别为正零序网络短路点的输入阻抗，Xff(1)=xs1。可知只有当Xff(0)&Xff(1)时，单相短路电流(I?(1)f
)才会大于三相短路电流(I?(3)f)。 (a) 单变接地
(b) 两变接地
Diagram of the system structure
在两变接地方式下，对广西电网212条220kV母线进行全网等值计算，得到37条220kV母线的等值正零序阻抗满足Xff(0)&Xff(1)，占17.45%。记两者差距的程度(本文对变化程度的描述均采用与此类似的方法进行计算)为ζ(i)(%)，则：
ζXff(0)_i-Xff(1)(i)(%)X_i
i1,2,…,37
式中：下标i表示第i条220kV母线。分析式(1)结果见图3(a)。此外，通过计算比较诸母线的I?(3)与I?(1)ff
，亦可验证图3(a)的结论。 由图3(a)可知，这37条中，Xff(0)与Xff(1)
差距的最小值为0.58%，最大值为43.66%；差距在0～10%(即区段1)最多(45.95%)，在40～50%(即区段5)最少(2.70%)，且随着差距的增加，其数量减少。
2013第十四届全国保护和控制学术研讨会
计算结果统计图
Statistical graph of calculation results
因此，可得到如下结论：1）全网范围内短路电流水平超过断路器遮断容量的情况只占小部分。2）在超出的情形中，仅少数超出严重。故校验断路器遮断容量的优先顺序应依次为阶段5，阶段4，…，阶段1。此外，应采取相关措施限制短路电流，如母线分列运行及考虑备自投等。
单相接地短路电流分析
对于短路分析，两变接地方式的影响集中体现于不对称短路，现以单相接地短路为例进行讨论。
单变接地方式，见图2(a)，记Xff(0)为Xff(0)：
ff(0)x=s0||x10
xs0x10(xs0+x10)
(2) 两变接地方式，见图2(b)，记X
ff(0)为Xff(0)，则： Xff(0)xs0=||(x10||x20)xs0x10(2xs0+x10)
记?=Xff(0)/Xff(0)，则：
(xs0+x10)xs0+x10)
(4) 得到结论如下：
1）若xs0&&x10，则?→0.5，即X
ff(0)≈0.5X
2）若xs0&&x10，则?→1，即Xff(0)≈Xff(0)；
d?dx=-x10)2
&0，故?随xs0单s0(2xs0+x10调递减。
因此，两种接地方式的差异直接影响xs0，由xs0与x10的相对大小间接影响到单相短路电流。
首先，在单变接地与两变接地方式下对前述212条220kV母线计算零序等值阻抗(停运
该母线所连220kV主变)，分别记为x
得到198处母线满足x
，占93.40%；可知，两变接地方式增加了系统接地点的数目，
使得系统等值零序阻抗降低。记降低的程度为ξ(i)(%)，整理计算结果见图3(b)。
可知，这198处中，差距ξ(i)(%)最大值为18.44%，最多值集中于0～5%(即区段1：73.23%)；且随着差距的增加，其数量剧减。因此，两变接地方式下，绝大多数母线零序等值阻抗会降低，但降低的幅值并不显著。 其次，直接计算旧新方式下诸母线单相接地短路电流，分别为If与If，记增值的程度为
ψ(i)(%)。由计算结果发现，增幅0～5%段占
73.23%，5～10%段占23.23%，10～15%段占3.54%；增幅最大10处见表1。
单相短路电流计算结果
The results of single phase short-circuit
current 序增值幅 号 If
/A 增值/A 度/% 1 2.17 254.04 14.96 2 2.10 254.02 14.96 3 8.11 207.86 14.33 4 0.87 171.77 14.21 5 4.93 321.81 13.07 6 8.17 340.62 12.72 7 5.11 193.24 11.99 8 5.15 234.90 9.83 9 0.91 298.89 9.42 10
结合广西电网拓扑结构，分析统计结果可知：单相短路电流增幅较大的区域大部分为终
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……110kv变电所中性点接地方式分析_专业资料。随着变电所中性点不接地供电网系统的...
……变 电站 中性点接地 方 式安排 进行 了分析 与讨论 关键 词 变 电站 三 ...台变 侧 并列运 行 , 各主 变 中性 点接 地方 式 同正 常方式说 明 ,......
……小电阻接地在中盐220kv变电站中性点接地系统中的分析及应用_幼儿读物_幼儿教育_...源供电 我们比较各种接地方式后, 选择通过主变 二次侧中性点经电阻接地的方法,......
……变电站10kv电网的中性点接地方式分析_电力水利_工程科技_专业资料。 {: ...
……对于有单台主kv 变的220kv变电站,其主变的220kv侧和110 侧中性点都直接接地...为便 于讨论,用模拟电网对这两种方式进行分析。某变 ?20? 万方数据 materials......
……大电流接地系统中110 kv主变中性点接地方式的选择_电力水利_工程科技_专业资料...关键词 大电流;中性点 变电站综合自动化系统中, 电网中性点接地方式是一个综合......
……为便于讨论,用模拟电网对这两种方式进行分析。一次接线见图 1,零序阻抗图见图..对于有单台主变 的220kv变电站,其主变的220kv侧和110kv侧 中性点都直接接地......
……220kv 岳村变电站也进行了变压器 中性点经小电抗接地方式的试运行[9],效果...,已投运的接地电抗装置也未实现自动控制, 特别是缺乏运行后典型单相故障的分析。......
……分析变电站中性点接地方式对零序保护的影响 摘要: 本文通过笔者以在 220 千伏变...三侧开关以保护主设备,假设 110 千伏侧 a 相 d1 点 接地,b、c 相开路,......
……继电保护整定的需要, 我国 220 kv 电力系统采用的是部分变压器中性点接地方式...等.220 kv 变电站主变 110 kv 侧接地 方式分析[j].高电压技术,2007,33(......
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