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【摘 要】 水电站变压器中性点刀闸影响机组的停开机的操作时间。主变压器保护压板接地与不接地的投退决定着机组工作的安全动作。本文通过对水电站中性点刀闸及保护压板控制的技術的研究，对相关技术改造提出建议，旨在减少机组停开机的时间，提高工作效率
【关键词】 水电站；中性点刀闸；保护压板控制
一、前言
变压器投停时，容易产生三相负荷不平衡，中性点产生位移使电压升高或降低。性点接地刀闸可以维持三相平衡，避免电压升高或者降低。由于电网对机组停开机时间有着严格的要求，中性点刀闸及保护压板控制的技术改造是适应电网要求的必要措施。
二、变压器中性点运行方式
变压器中性点接地方式与电网的安全运行有密切关系，在系统正常运行时，中性点对地电压为零，接地方式对系统没有影响，当发生一相接地或人身触电事故时，各种接地方式的差别就出现了，那么采用哪种方式最佳，是值得讨论的问题，变压器中性点接地方式一般分为以下5种：
1.中性点不接地方式；
2.中性点经高电阻接地方式；
3.中性点直接接地方式；
4.中性点经低电阻接地方式；
5.冲性点经消弧线圈接地方式。
我国35kV及以下的系统多采用中性点多采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地方式。采用这两种接地方式的电力系统都属于小电流接地系统。中性点不接地系统长期工作电压和过电压均较高，特别是存在电弧接地过电压的危险，整个系统需要较高的绝缘水平。当系统发生单相接地故障时，变压器中性点将出现相电压，因而中性点不接地系统安装的变压器须是全绝缘变压器。中性点经消弧线圈接地方式可以消除单相弧光接地故障，避免电弧接地过电压的危险。以上两种接地方式最大的优点是发生单相故障时断路器不跳闸。
110kV及以上系统一般采用中性点直接接地方式。中性点接地系统内过电压可降低20%—30%，系统绝缘耐压水平可降低20%，并可使用分级绝缘变压器；缺点是系统发生单相接地故障（概率最多）时也将引起断路器跳闸，增加了停电次数
三、变压器中性点接地与不接地的优缺点比较
1.变压器中性点接地系统的优缺点：
（一）优点：对电源中性点接地系统，若发生某单相接地，另两相电压不升高，这样可使整个系统绝缘水平降低；另外，单相接地会产生较大的短路电流Is，从而使保护装置（继电器、熔断器等）迅速准确地动作，提高了保护的可靠性。
（二）缺点：对电源中性点接地系统，由于单相短路电流Is很大，开关及电气设备等要选择较大容量，并且还能造成系统不稳定和干扰通讯线路等；
2.变压器中性点不接地系统的优、缺点：
（一）优点：对变压器中性点不接地系统，由于限制了单相接地电流，对通讯的干扰较小；另外单相接地可以运行一段时间，提高了供电的可靠性。
（二）缺点：对变压器中性点不接地系统，当一相接地时，另两相对地电压升高倍，易使绝缘薄弱地方击穿，从而造成两相接地短路。
四、主变压器中性点保护方案
由于水电站多采用分级绝缘的变压器。绕组中性点的绝缘水平比绕组首端的低。当变压器设计为中性点必须接地运行时，中性点绝缘水平低得多。当变压器运行方式为中性点接地运行，也可在系统不失去接地情况下不接地运行时，其中性点绝缘水平相对较高经过实际应用，认为能较好地满足绝缘配合、继电保护和运行方式的要求。
1.间隙选择
变压器采用放电间隙保护，放电间隙装于变压器中性点与地线之间，有棒形、球形、角形等多种形式。实践中以棒-棒形用得最多，现以棒-棒形间隙来计算其间隙长度的选择。系统发生接地故障时，当有关中性点接地点跳闸后，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中，110kV系统变成一个不接地系统，电网零序电压升高（故障点零序电压最高可达到相电压），对变压器绝缘有较大危害情况下，放电间隙应能动作放电，降低对地电压，防止变压器绝缘破坏。《供电企业安全性评价》要求新投产110kV变压器中性点采用棒间隙保护。间隙距离为110±5mm，偏向于要求间隙在工频过压时可靠动作，有利于中性点免受过电压损害。
2.继电保护设计
当变电所低压侧有电源，且不止一台以上变压器，运行方式往往只允许一台接地运行，曾设计采用中性点零序电流继电器与经相邻变压器中性点零序电流继电器控制的零序电压继电器配合使用的变压器保护方案，拟从保护回路设计上保证先跳中性点不接地变压器，后跳中性点直接接地等。这种保护方式回路交错复杂，例检试验甚为不便，且不适合于只有一台变压器不接地运行的运行方式，而逐渐被弃用。现在多采用零序电流电压保护。根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：110kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器可能接地运行或不接地运行时，对外部单相接地引起过电流，以及对因失去接地中性点引起的电压升高，应装设相应的保护装置。对于分级绝缘的变压器，中性点装设间隙保护时，除装设规定的零序电流保护，并增设反应间隙回路的零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护。当电力网单相接地且失去接地中性点时，零序电流电压保护回路宜经0.3～0.5s延时动作于跳开变压器各侧断路器。
3.整定计算
系统有中性点直接接地时，发生单相接地故障，零序过压元件不应动作。动作值按这一条件考虑，当接地系数Xo/X1<3时，故障点零序电压小于等于0.6Uxg，因此一般动作电压可取180V。当实际系统中接地系数Xo/X1<3时，也可取实际的整定值Xo/X1值对应的低于180V的整定值。
五、主变压器中性点刀闸的改造实施
利用电站机组检修进行各台机组主变中性点刀闸控制系统的改造，实现了监控远方控制功能，在监控系统开关站LCU的PLC开出模块中增加了8个开出点，同时敷设了每台机组主变中性点刀闸至开关站LCU的控制电缆，将分合各台机组主变中性点刀闸的监控远方控制接点并接到现地控制箱内的手动控制回路中，并对LCU开出与实际设备进行核对，确保所做程序与控制设备相对应。按照QUANTUMPLC与上位机的通信协议，在上位机数据库和PLC中做好控制程序，在联锁库中做出对应联锁关系，上位机监控画面中增加对四台机组主变中性点刀闸操作的画面。
六、主变压器接地保护技术改造方案
1.第一种方案：根据保护装置监测到机组的数据，自动判断机组是否处于开停机状态，从而实现主变接地与不接地保护的自动投退，此种方案需要技术人员对保护装置内部程序进行修改升级，同时修改完毕后需要对现场的4台发变组保护装置进行全面的试验，确保保护装置在程序修改完后装置的正确、可靠性，这种方案调试工作量大，工期较长，而程序的修改也存在一定风险。
2.第二种方案：直接根据主变中性点刀闸位置来实现主变接地与不接地自动投退保护压板的方案。正常运行时发变组保护屏内的“投主变接地保护压板”和“投主变不接地保护压板”都在投入位置，当主变中性点刀闸在分闸状态时，刀闸接点打开，ZJ继电器不动作，zJ常闭接点导通将主变不接地保护投入，ZJ常开接点将主变接地保护退出；当主变中性点刀闸在合闸状态时，刀闸接点闭合，zJ继电器动作，zJ常闭接点打开，将主变不接地保护退出，zJ常开接点闭合，将主变接地保护投人。如果主变中性点刀闸检修时或者异常时，可临时将zJ3和ZJ4、ZJ2和ZJ3分别短接，由操作人员根据主变实际运行方式控制屏柜上的硬压板投退保护，等主变中性点刀闸正常时恢复上述接线即可。
七、结束语
对水电站主变压器中性点刀闸及保护压板控制进行技术改造对保障机组安全，可靠，稳定运行有着重要作用，同时，也能提高水电站的自动化水平，促进水电站科技化的进程。
参考文献：
[1]丁毓山，雷振山.中小型变电所实用设计手册[M].北京：中国水利电力出版社，2010.
[2]能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M].北京：中国电力出版社，2011.
[3]杨明.变压器中性点接地方式选择分析[M].中国电力出版社，2011.
【关键词】 水电站；中性点刀闸；保护压板控制
一、前言
变压器投停时，容易产生三相负荷不平衡，中性点产生位移使电压升高或降低。性点接地刀闸可以维持三相平衡，避免电压升高或者降低。由于电网对机组停开机时间有着严格的要求，中性点刀闸及保护压板控制的技术改造是适应电网要求的必要措施。
二、变压器中性点运行方式
变压器中性点接地方式与电网的安全运行有密切关系，在系统正常运行时，中性点对地电压为零，接地方式对系统没有影响，当发生一相接地或人身触电事故时，各种接地方式的差别就出现了，那么采用哪种方式最佳，是值得讨论的问题，变压器中性点接地方式一般分为以下5种：
1.中性点不接地方式；
2.中性点经高电阻接地方式；
3.中性点直接接地方式；
4.中性点经低电阻接地方式；
5.冲性点经消弧线圈接地方式。
我国35kV及以下的系统多采用中性点多采用中性点不接地方式或经消弧线圈接地方式。采用这两种接地方式的电力系统都属于小电流接地系统。中性点不接地系统长期工作电压和过电压均较高，特别是存在电弧接地过电压的危险，整个系统需要较高的绝缘水平。当系统发生单相接地故障时，变压器中性点将出现相电压，因而中性点不接地系统安装的变压器须是全绝缘变压器。中性点经消弧线圈接地方式可以消除单相弧光接地故障，避免电弧接地过电压的危险。以上两种接地方式最大的优点是发生单相故障时断路器不跳闸。
110kV及以上系统一般采用中性点直接接地方式。中性点接地系统内过电压可降低20%—30%，系统绝缘耐压水平可降低20%，并可使用分级绝缘变压器；缺点是系统发生单相接地故障（概率最多）时也将引起断路器跳闸，增加了停电次数
三、变压器中性点接地与不接地的优缺点比较
1.变压器中性点接地系统的优缺点：
（一）优点：对电源中性点接地系统，若发生某单相接地，另两相电压不升高，这样可使整个系统绝缘水平降低；另外，单相接地会产生较大的短路电流Is，从而使保护装置（继电器、熔断器等）迅速准确地动作，提高了保护的可靠性。
（二）缺点：对电源中性点接地系统，由于单相短路电流Is很大，开关及电气设备等要选择较大容量，并且还能造成系统不稳定和干扰通讯线路等；
2.变压器中性点不接地系统的优、缺点：
（一）优点：对变压器中性点不接地系统，由于限制了单相接地电流，对通讯的干扰较小；另外单相接地可以运行一段时间，提高了供电的可靠性。
（二）缺点：对变压器中性点不接地系统，当一相接地时，另两相对地电压升高倍，易使绝缘薄弱地方击穿，从而造成两相接地短路。
四、主变压器中性点保护方案
由于水电站多采用分级绝缘的变压器。绕组中性点的绝缘水平比绕组首端的低。当变压器设计为中性点必须接地运行时，中性点绝缘水平低得多。当变压器运行方式为中性点接地运行，也可在系统不失去接地情况下不接地运行时，其中性点绝缘水平相对较高经过实际应用，认为能较好地满足绝缘配合、继电保护和运行方式的要求。
1.间隙选择
变压器采用放电间隙保护，放电间隙装于变压器中性点与地线之间，有棒形、球形、角形等多种形式。实践中以棒-棒形用得最多，现以棒-棒形间隙来计算其间隙长度的选择。系统发生接地故障时，当有关中性点接地点跳闸后，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中，110kV系统变成一个不接地系统，电网零序电压升高（故障点零序电压最高可达到相电压），对变压器绝缘有较大危害情况下，放电间隙应能动作放电，降低对地电压，防止变压器绝缘破坏。《供电企业安全性评价》要求新投产110kV变压器中性点采用棒间隙保护。间隙距离为110±5mm，偏向于要求间隙在工频过压时可靠动作，有利于中性点免受过电压损害。
2.继电保护设计
当变电所低压侧有电源，且不止一台以上变压器，运行方式往往只允许一台接地运行，曾设计采用中性点零序电流继电器与经相邻变压器中性点零序电流继电器控制的零序电压继电器配合使用的变压器保护方案，拟从保护回路设计上保证先跳中性点不接地变压器，后跳中性点直接接地等。这种保护方式回路交错复杂，例检试验甚为不便，且不适合于只有一台变压器不接地运行的运行方式，而逐渐被弃用。现在多采用零序电流电压保护。根据《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》规定：110kV中性点直接接地的电力网中，当低压侧有电源的变压器可能接地运行或不接地运行时，对外部单相接地引起过电流，以及对因失去接地中性点引起的电压升高，应装设相应的保护装置。对于分级绝缘的变压器，中性点装设间隙保护时，除装设规定的零序电流保护，并增设反应间隙回路的零序电压和间隙放电电流的零序电流电压保护。当电力网单相接地且失去接地中性点时，零序电流电压保护回路宜经0.3～0.5s延时动作于跳开变压器各侧断路器。
3.整定计算
系统有中性点直接接地时，发生单相接地故障，零序过压元件不应动作。动作值按这一条件考虑，当接地系数Xo/X1<3时，故障点零序电压小于等于0.6Uxg，因此一般动作电压可取180V。当实际系统中接地系数Xo/X1<3时，也可取实际的整定值Xo/X1值对应的低于180V的整定值。
五、主变压器中性点刀闸的改造实施
利用电站机组检修进行各台机组主变中性点刀闸控制系统的改造，实现了监控远方控制功能，在监控系统开关站LCU的PLC开出模块中增加了8个开出点，同时敷设了每台机组主变中性点刀闸至开关站LCU的控制电缆，将分合各台机组主变中性点刀闸的监控远方控制接点并接到现地控制箱内的手动控制回路中，并对LCU开出与实际设备进行核对，确保所做程序与控制设备相对应。按照QUANTUMPLC与上位机的通信协议，在上位机数据库和PLC中做好控制程序，在联锁库中做出对应联锁关系，上位机监控画面中增加对四台机组主变中性点刀闸操作的画面。
六、主变压器接地保护技术改造方案
1.第一种方案：根据保护装置监测到机组的数据，自动判断机组是否处于开停机状态，从而实现主变接地与不接地保护的自动投退，此种方案需要技术人员对保护装置内部程序进行修改升级，同时修改完毕后需要对现场的4台发变组保护装置进行全面的试验，确保保护装置在程序修改完后装置的正确、可靠性，这种方案调试工作量大，工期较长，而程序的修改也存在一定风险。
2.第二种方案：直接根据主变中性点刀闸位置来实现主变接地与不接地自动投退保护压板的方案。正常运行时发变组保护屏内的“投主变接地保护压板”和“投主变不接地保护压板”都在投入位置，当主变中性点刀闸在分闸状态时，刀闸接点打开，ZJ继电器不动作，zJ常闭接点导通将主变不接地保护投入，ZJ常开接点将主变接地保护退出；当主变中性点刀闸在合闸状态时，刀闸接点闭合，zJ继电器动作，zJ常闭接点打开，将主变不接地保护退出，zJ常开接点闭合，将主变接地保护投人。如果主变中性点刀闸检修时或者异常时，可临时将zJ3和ZJ4、ZJ2和ZJ3分别短接，由操作人员根据主变实际运行方式控制屏柜上的硬压板投退保护，等主变中性点刀闸正常时恢复上述接线即可。
七、结束语
对水电站主变压器中性点刀闸及保护压板控制进行技术改造对保障机组安全，可靠，稳定运行有着重要作用，同时，也能提高水电站的自动化水平，促进水电站科技化的进程。
参考文献：
[1]丁毓山，雷振山.中小型变电所实用设计手册[M].北京：中国水利电力出版社，2010.
[2]能源部西北电力设计院.电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M].北京：中国电力出版社，2011.
[3]杨明.变压器中性点接地方式选择分析[M].中国电力出版社，2011.