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【摘 要】 基于高压线路变压器中性点电压升高造成对变压器的损害，研究了中性点间隙接地保护装置的设计思路与应用条件，在分析接地保护装置技术参数的基础上，详细探讨了设计特点，论述了上程实践中接地保护装置使用时的注意事项与中性点间隙对接地装置稳定性的影响，对高压线路变压器的设计安装上程有一定的指导意义。
【关键词】 变压器中性点；间隙接地保护
前言：
在电力系统故障中，非对称二相故障可以分解出正序分量、负序分量和零序分量，而变压器线圈中性点接地通道就是零序电流途径通道，零序保护装置是根据零序电压和零序电流大不有选择地切除故障变压器。为保证保护的灵敏度，就不能将所有变压器中性点接地。而为了防止中性点不接地，变压器中性点电压在故障时升高伤害变压器绝缘，所以不直接接地的变压器中性点采用间隙保护。当中性点电压升高时，空气间隙被击穿引起电弧，将中性点接地。当电压降低后，电弧熄灭，中性点又不接地了。如果在这个间隙保护回路上加一个电流互感器，在保护动作时，电流流过发出信号，如果其他保护没有正确动作，电流一直持续，经过一定延时，也能动作跳开开关。110kV，220kV，330kV，500kV电力变压器中性点必须安装间隙接地保护装置，从而实现变压器中性点接地运行或不接地运行2种不同的运行方式。
一、技术数据
变压器中性点间隙接地保护装置的技术数据如表1所示。
表1 变压器中性点间隙接地保护装置的技术数据
二、保护装置设计特点
1、符合标准，专业制造，整体安装
变压器中性点间隙接地保护装置严格按照GB 1985-2004《高压交流隔离开关和接地开关》.GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备的共用技术要求》.GB 11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》，DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护及绝缘配合》.GB 5583-1985《互感器局部放电测量》，DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》.GB 3111.1-1997《高壓输变电设备的绝缘配合》及“国家电网公司十八项电网重大反事故措施”等国家及行业标准的有关规定设计，并配套专门的工艺流程、检验流程和设备，保证产品制造的流程化、标准化和专业化。
2、有效保护，特性稳定
接地间隙的选择决定保护装置的稳定性。实际工程中的间隙有2种，分别为棒间隙与球间隙。一般来说，棒间隙为极不均匀电场，放电电压不稳定，分散性大，从而决定了其保护性能差。球间隙为均匀电场，放电电压稳定，分散性不，保护性能好。基于此，变压器中性点间隙接地保护装置主要采用球形放电间隙方式，比惯用的棒形放电间隙放电电压准确率高、分散性不、特性稳定，与避雷器特性及主要变压器的绝缘配合精确、充分有效，热容量大，不易烧损。提高了保护安全性和保护效果。
3、组配灵活，使用方便
变压器中性点间隙接地保护装置一般采用球形间隙，亦可按用户要求采用棒形间隙。避雷器与隔离开关可根据工程需要任意组合选配。隔离开关的动作亦可按工程要求选择使用手动或电动机构。间隙的技术参数可在工）完成调试，亦可在现场进行调试。
三、使用条件与注意事项
1、使用条件
（1）适用于户内、外。（2）环境温度：不低于-40℃，不高于+55℃；相对湿度：不大于95%（25℃）。（3）海拔高度不超过4000m，超出4000m可根据实际情况特制。（4）地震烈度8度及以下地区；最大风速不超过35m/s.（5）电网频率：58～62Hz（60Hz系纫，48～52Hz（50Hz系统）。（6）安装场所的空气中不应含化学腐蚀气体和蒸气，无爆炸性尘埃。
2、使用注意事项
（1）变压器中性点电流互感器一般装设在变压器出线套管上，不包括在本装置内。接地保护装置结构图如图1所示。（2）设计时应掌握变压器额定电压、电流互感器变比，隔离开关额定电流、操作机构形式，氧化锌避雷器额定电压等参数。
图1 接地保护装置结构图
3、电流互感器选用
采用环氧树脂浇注的干式电流互感器。电流互感器装在不锈钢箱体里，不受环境气候影响，使用寿命长，使保护不会出现误动或拒动且稳定可靠。电流互感器二次侧设0.5/10P两个次级。供测量保护使用。不用时应将其短路。
4、安装注意事项
安装尺寸：接地保护装置安装尺寸如表2所示。
安装注意：（1）设备可利用底座的4个安装孔进行吊装，不得把吊绳拥绑在瓷柱上，防止损坏设备。（2）固定操作机构的槽钢支架和由操作机构到隔离开关导电杆转轴的钢管，均由安装单位现场制作，长度、尺寸现场确定。（3）设备应可靠接地。
表2 接地保护装置安装尺寸
四、工程安装后测试实验
检查设备外观完好，状况外观检查完成后，解开避雷器与间隙连接母线排，打开隔离开关。进行以下参数性能测试：
1、氧化锌避雷器测试
（1）工频1mA参考电压试验：在避雷器两端施加工频电压，当通过避雷器的电流等于1mA时，测量加在避雷器上的工频电压，该电压应不低于避雷器额定电压。（2）直流1mA参考电压试验：在避雷器两端施加直流电压（直流电压的脉动部分不大于±1.5%）当通过避雷器的电流为1mA时，测量加在避雷器上的直流电压值，该电压应不得小于技术数据表1的规定值。（3）泄漏电流试验：在避雷器两端施加0.75倍直流1mA参考电压，测出流过避雷器的漏电流，该电流值应不大于50μA注：严禁给避雷器做工频放电电压试验。
2、隔离开关机械操作和机械特性试验
对隔离开关进行10次分、合闸空载操作，每次都应达到合闸位置和分闸位置。且整个过程中隔离开关各部分无损害。 3、工频间隙放电测试
在试验变压器原边串联一块10A及以上的电流表。在间隙的进线端子与接地端子N之间施加工频电压，试验时施加到放电间隙的电压应从零开始，在高压侧能准确读数的条件下，迅速升压到间隙放电为止（观察电流表，当电流发生突变时，表明间隙放电，此刻的电压值应为工频放电电压值）。每次放电后，应在0.2s内切断工频电源。每连续2次试验时间间隔不小于10s，测量次数为3次，每次所测的放电电压值应符合技术数据表中规定。注：如果工频放电电压值超出范围，可对间隙进行微调。
五、中性点直接接地零序电流保护
当变电站有两台及以上的分级绝缘的变压器并列运行时，通常只考虑部分变压器中性点接地，而另部分变压器的中性点则经间隙接地运行，以防止故障过程中所产生的过电压破坏变压器的绝缘，为保证接地点数目的稳定，当接地变压器退出运行时，应将经间隙接地的变压器转为接地运行。由此可见并列运行的分级绝缘的变压器同时存在接地和经间隙接地两种运行方式，为此应配置中性点直接接地零序电流保护和中性点间隙接地保护这种保护的原理接线如图所示。
中性点直接接地零序电流保护：中性点直接接地零序电流保护般分为两段，第一段由电流继电器1、时间继电器2、信号继电器3及压板4组成，其定值与出线的接地保护第段相配合，0.5s切母联断路器第一段由电流继电器5、时间继电器6、信号继电器7和8压板9和10等元件组成，定值与出线接地保护的最后段相配合，以短延时切除母联断路器及主变压器高压侧断路器，长延时切除主变压器三侧断路器中性点间隙接地保护：当变电站的母线或线路发生接地短路，若故障元件的保护扣动，则中性点接地变压器的零序电流保护动作将母联断路器断开，如故障点在中性点经间隙接地的变压器所在的系统中，此局部系统变成中性点不接地系统，此时中性点的电位将升至相电压，分级绝缘变压器的绝缘会遭到破坏，中性点间隙接地保护的任务就是在中性点电压升高至危及中性点绝缘之前，可靠地将变压器切除，以保证变压器的绝缘不受破坏；间隙接地保护包括零序电流保护和零序过电压保护，两种保护互为备用。
零序电流保护由电流继电器12、时间继电器13、信号继电器14和压板15组成。次启动电流通常取100A左右，时间取0.5s。110kV变压器中性点放电间隙长度根据其绝缘可取115-158mm，击穿电压可取63kV（有效值）当中性点电压超过击穿电压（还没有达到危及变压器中性点绝缘的电压）时，间隙击穿，中性点有零序电流通过，保护启动后，经0.5s延时切变压器三侧断路器零序电压保护山过电压继电器16、时间继电器17、信号继电器18及压板19组成，电压定植按躲过接地故障母线上出现的最高零序电压整定，110kV系统般取150V当接地点的选择有困难、接地故障母线3Uo电压较高时，也可整定为180V动作时间取0.5s。
六、变压器中性点间隙接地保护措施的技术分析
本文以“WBH-100微机型变压器”为例，对变压器进行相应的技术分析。
1、变压器保护装置比较
变压器中性点保护除按规定采用装设零序电流保护作为变压器中性点接地运行时的保护外，还增设零序过电压保护作为变压器中型点不接地运行时的保护。
2、變压器中性点间隙接地保护的主要保护原理
变压器中性点间隙接地的接地保护装置采用零序电压元件和零序电流元件并联方式，带有0.5S限时构成，零序电压取自母线PT一次开口三角侧，零序电流取自放电间隙处电流互感器通常变压器间隙零序过电流元件与零序过电压元件组成“或”门输出经0.3S短延时跳闸，应用于中性点接地系统中的中性点不接地（或中性点有时接地有时不接地）且中性点有对地放电间隙的变压器，作为变压器中性点不接地运行时单相接地故障的后各保护，其保护效能同于零序电压保护，当系统发生接地故障，间隙被击穿时，在放电间隙放电时有零序电流，则使设在放电间隙接地端的专用电流互感器的零序电流元件动作；若放电间隙不放电，则利用零序电压元件动作当发生间歇性弧光接地时为了使间隙零序电压或间隙零序电流能够可靠动作，保护设有间隙保护方案控制字，控制字投“1”时，当间隙电压元件或间隙电流元件动作后，保持段时间，保持时间为0.4倍的延时时间；控制字投“0”时，保护动作后不保持如此保证间隙接地保护的可靠动作。
3、整定计算
1）零序电压的动作值按下式整定：
3UO.Max 建议UOP.O=180V
2）零序电流
由于间隙零序电流与变压器的零序阻抗、间隙放电的电弧电阻等因素有关，难以计算，一般经验值可取保护次动作电流为100A
4、定值清单
七、结束语
电力变压器是电力系统的重要组成元件之一，其安全运行是电力系统工作可靠性的必要条件变压器保护是保证变压器及电力系统安全运行的重要前提条件，而变压器中性点保护则是变压器保护的其中之中性点运行方式对电力网的过电压与绝缘水平有着很大的影响。
研究农明，中性点直接接地电力网的绝缘水平与不直接接地时相比，大约可降低20%左右归结起来，从过电压与绝缘水平的观点看，采用接地程度越高（有效接地）的中性点接地方式越有利，在110KV以上的高电压电力网中，变压器等电气设各的造价大约与其绝缘水平比例地增加。因此，在采用中性点直接接地时，设各造价将大约可降低20%。
参考文献：
[1]陈维江，孙昭英，李国富，等.110kV和220kV架空线路并联间隙防需保护研究[J].电网技术，2006.30（13）：70—75
[2]罗真海，陈勉，陈维江，等.110kV，220kV架空输电线路复合绝缘子并联间隙防需保护研究[J].电网技术，2002，26（10）：41—47
【关键词】 变压器中性点；间隙接地保护
前言：
在电力系统故障中，非对称二相故障可以分解出正序分量、负序分量和零序分量，而变压器线圈中性点接地通道就是零序电流途径通道，零序保护装置是根据零序电压和零序电流大不有选择地切除故障变压器。为保证保护的灵敏度，就不能将所有变压器中性点接地。而为了防止中性点不接地，变压器中性点电压在故障时升高伤害变压器绝缘，所以不直接接地的变压器中性点采用间隙保护。当中性点电压升高时，空气间隙被击穿引起电弧，将中性点接地。当电压降低后，电弧熄灭，中性点又不接地了。如果在这个间隙保护回路上加一个电流互感器，在保护动作时，电流流过发出信号，如果其他保护没有正确动作，电流一直持续，经过一定延时，也能动作跳开开关。110kV，220kV，330kV，500kV电力变压器中性点必须安装间隙接地保护装置，从而实现变压器中性点接地运行或不接地运行2种不同的运行方式。
一、技术数据
变压器中性点间隙接地保护装置的技术数据如表1所示。
表1 变压器中性点间隙接地保护装置的技术数据
二、保护装置设计特点
1、符合标准，专业制造，整体安装
变压器中性点间隙接地保护装置严格按照GB 1985-2004《高压交流隔离开关和接地开关》.GB/T 11022-1999《高压开关设备和控制设备的共用技术要求》.GB 11032-2000《交流无间隙金属氧化物避雷器》，DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护及绝缘配合》.GB 5583-1985《互感器局部放电测量》，DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》.GB 3111.1-1997《高壓输变电设备的绝缘配合》及“国家电网公司十八项电网重大反事故措施”等国家及行业标准的有关规定设计，并配套专门的工艺流程、检验流程和设备，保证产品制造的流程化、标准化和专业化。
2、有效保护，特性稳定
接地间隙的选择决定保护装置的稳定性。实际工程中的间隙有2种，分别为棒间隙与球间隙。一般来说，棒间隙为极不均匀电场，放电电压不稳定，分散性大，从而决定了其保护性能差。球间隙为均匀电场，放电电压稳定，分散性不，保护性能好。基于此，变压器中性点间隙接地保护装置主要采用球形放电间隙方式，比惯用的棒形放电间隙放电电压准确率高、分散性不、特性稳定，与避雷器特性及主要变压器的绝缘配合精确、充分有效，热容量大，不易烧损。提高了保护安全性和保护效果。
3、组配灵活，使用方便
变压器中性点间隙接地保护装置一般采用球形间隙，亦可按用户要求采用棒形间隙。避雷器与隔离开关可根据工程需要任意组合选配。隔离开关的动作亦可按工程要求选择使用手动或电动机构。间隙的技术参数可在工）完成调试，亦可在现场进行调试。
三、使用条件与注意事项
1、使用条件
（1）适用于户内、外。（2）环境温度：不低于-40℃，不高于+55℃；相对湿度：不大于95%（25℃）。（3）海拔高度不超过4000m，超出4000m可根据实际情况特制。（4）地震烈度8度及以下地区；最大风速不超过35m/s.（5）电网频率：58～62Hz（60Hz系纫，48～52Hz（50Hz系统）。（6）安装场所的空气中不应含化学腐蚀气体和蒸气，无爆炸性尘埃。
2、使用注意事项
（1）变压器中性点电流互感器一般装设在变压器出线套管上，不包括在本装置内。接地保护装置结构图如图1所示。（2）设计时应掌握变压器额定电压、电流互感器变比，隔离开关额定电流、操作机构形式，氧化锌避雷器额定电压等参数。
图1 接地保护装置结构图
3、电流互感器选用
采用环氧树脂浇注的干式电流互感器。电流互感器装在不锈钢箱体里，不受环境气候影响，使用寿命长，使保护不会出现误动或拒动且稳定可靠。电流互感器二次侧设0.5/10P两个次级。供测量保护使用。不用时应将其短路。
4、安装注意事项
安装尺寸：接地保护装置安装尺寸如表2所示。
安装注意：（1）设备可利用底座的4个安装孔进行吊装，不得把吊绳拥绑在瓷柱上，防止损坏设备。（2）固定操作机构的槽钢支架和由操作机构到隔离开关导电杆转轴的钢管，均由安装单位现场制作，长度、尺寸现场确定。（3）设备应可靠接地。
表2 接地保护装置安装尺寸
四、工程安装后测试实验
检查设备外观完好，状况外观检查完成后，解开避雷器与间隙连接母线排，打开隔离开关。进行以下参数性能测试：
1、氧化锌避雷器测试
（1）工频1mA参考电压试验：在避雷器两端施加工频电压，当通过避雷器的电流等于1mA时，测量加在避雷器上的工频电压，该电压应不低于避雷器额定电压。（2）直流1mA参考电压试验：在避雷器两端施加直流电压（直流电压的脉动部分不大于±1.5%）当通过避雷器的电流为1mA时，测量加在避雷器上的直流电压值，该电压应不得小于技术数据表1的规定值。（3）泄漏电流试验：在避雷器两端施加0.75倍直流1mA参考电压，测出流过避雷器的漏电流，该电流值应不大于50μA注：严禁给避雷器做工频放电电压试验。
2、隔离开关机械操作和机械特性试验
对隔离开关进行10次分、合闸空载操作，每次都应达到合闸位置和分闸位置。且整个过程中隔离开关各部分无损害。 3、工频间隙放电测试
在试验变压器原边串联一块10A及以上的电流表。在间隙的进线端子与接地端子N之间施加工频电压，试验时施加到放电间隙的电压应从零开始，在高压侧能准确读数的条件下，迅速升压到间隙放电为止（观察电流表，当电流发生突变时，表明间隙放电，此刻的电压值应为工频放电电压值）。每次放电后，应在0.2s内切断工频电源。每连续2次试验时间间隔不小于10s，测量次数为3次，每次所测的放电电压值应符合技术数据表中规定。注：如果工频放电电压值超出范围，可对间隙进行微调。
五、中性点直接接地零序电流保护
当变电站有两台及以上的分级绝缘的变压器并列运行时，通常只考虑部分变压器中性点接地，而另部分变压器的中性点则经间隙接地运行，以防止故障过程中所产生的过电压破坏变压器的绝缘，为保证接地点数目的稳定，当接地变压器退出运行时，应将经间隙接地的变压器转为接地运行。由此可见并列运行的分级绝缘的变压器同时存在接地和经间隙接地两种运行方式，为此应配置中性点直接接地零序电流保护和中性点间隙接地保护这种保护的原理接线如图所示。
中性点直接接地零序电流保护：中性点直接接地零序电流保护般分为两段，第一段由电流继电器1、时间继电器2、信号继电器3及压板4组成，其定值与出线的接地保护第段相配合，0.5s切母联断路器第一段由电流继电器5、时间继电器6、信号继电器7和8压板9和10等元件组成，定值与出线接地保护的最后段相配合，以短延时切除母联断路器及主变压器高压侧断路器，长延时切除主变压器三侧断路器中性点间隙接地保护：当变电站的母线或线路发生接地短路，若故障元件的保护扣动，则中性点接地变压器的零序电流保护动作将母联断路器断开，如故障点在中性点经间隙接地的变压器所在的系统中，此局部系统变成中性点不接地系统，此时中性点的电位将升至相电压，分级绝缘变压器的绝缘会遭到破坏，中性点间隙接地保护的任务就是在中性点电压升高至危及中性点绝缘之前，可靠地将变压器切除，以保证变压器的绝缘不受破坏；间隙接地保护包括零序电流保护和零序过电压保护，两种保护互为备用。
零序电流保护由电流继电器12、时间继电器13、信号继电器14和压板15组成。次启动电流通常取100A左右，时间取0.5s。110kV变压器中性点放电间隙长度根据其绝缘可取115-158mm，击穿电压可取63kV（有效值）当中性点电压超过击穿电压（还没有达到危及变压器中性点绝缘的电压）时，间隙击穿，中性点有零序电流通过，保护启动后，经0.5s延时切变压器三侧断路器零序电压保护山过电压继电器16、时间继电器17、信号继电器18及压板19组成，电压定植按躲过接地故障母线上出现的最高零序电压整定，110kV系统般取150V当接地点的选择有困难、接地故障母线3Uo电压较高时，也可整定为180V动作时间取0.5s。
六、变压器中性点间隙接地保护措施的技术分析
本文以“WBH-100微机型变压器”为例，对变压器进行相应的技术分析。
1、变压器保护装置比较
变压器中性点保护除按规定采用装设零序电流保护作为变压器中性点接地运行时的保护外，还增设零序过电压保护作为变压器中型点不接地运行时的保护。
2、變压器中性点间隙接地保护的主要保护原理
变压器中性点间隙接地的接地保护装置采用零序电压元件和零序电流元件并联方式，带有0.5S限时构成，零序电压取自母线PT一次开口三角侧，零序电流取自放电间隙处电流互感器通常变压器间隙零序过电流元件与零序过电压元件组成“或”门输出经0.3S短延时跳闸，应用于中性点接地系统中的中性点不接地（或中性点有时接地有时不接地）且中性点有对地放电间隙的变压器，作为变压器中性点不接地运行时单相接地故障的后各保护，其保护效能同于零序电压保护，当系统发生接地故障，间隙被击穿时，在放电间隙放电时有零序电流，则使设在放电间隙接地端的专用电流互感器的零序电流元件动作；若放电间隙不放电，则利用零序电压元件动作当发生间歇性弧光接地时为了使间隙零序电压或间隙零序电流能够可靠动作，保护设有间隙保护方案控制字，控制字投“1”时，当间隙电压元件或间隙电流元件动作后，保持段时间，保持时间为0.4倍的延时时间；控制字投“0”时，保护动作后不保持如此保证间隙接地保护的可靠动作。
3、整定计算
1）零序电压的动作值按下式整定：
3UO.Max
2）零序电流
由于间隙零序电流与变压器的零序阻抗、间隙放电的电弧电阻等因素有关，难以计算，一般经验值可取保护次动作电流为100A
4、定值清单
七、结束语
电力变压器是电力系统的重要组成元件之一，其安全运行是电力系统工作可靠性的必要条件变压器保护是保证变压器及电力系统安全运行的重要前提条件，而变压器中性点保护则是变压器保护的其中之中性点运行方式对电力网的过电压与绝缘水平有着很大的影响。
研究农明，中性点直接接地电力网的绝缘水平与不直接接地时相比，大约可降低20%左右归结起来，从过电压与绝缘水平的观点看，采用接地程度越高（有效接地）的中性点接地方式越有利，在110KV以上的高电压电力网中，变压器等电气设各的造价大约与其绝缘水平比例地增加。因此，在采用中性点直接接地时，设各造价将大约可降低20%。
参考文献：
[1]陈维江，孙昭英，李国富，等.110kV和220kV架空线路并联间隙防需保护研究[J].电网技术，2006.30（13）：70—75
[2]罗真海，陈勉，陈维江，等.110kV，220kV架空输电线路复合绝缘子并联间隙防需保护研究[J].电网技术，2002，26（10）：41—47