主變中性點絕緣方式及倒閘操作

對於電力係統中110kV及以上電壓等級的中性點直接接地係統，中性點直接接地數目，直接影響整個網絡零序電流的大小和分布，進而影響零序過流保護的適應性和整定計算。一般雙主變或多主變並列運行的變電站，為保證係統為直接接地係統，其中1台主變中性點直接接地運行，其餘主變中性點經間隙接地運行。

高電壓等級係統中，絕緣費用在設備總價格中的占比相當大，通過降低絕緣水平帶來的經濟效益十分顯著。

110kV及以上電壓等級的電網，一方麵采用中性點直接接地方式，以解決係統接地故障時的非故障相電壓升高問題，另一方麵，大量使用分級絕緣變壓器代替全絕緣變壓器，從而降低設備製造成本。

Tips：分級絕緣變壓器

變壓器按中性點絕緣方式分類可分為：

①全絕緣變壓器

②分級絕緣變壓器

全絕緣是指星形接線變壓器中性點的絕緣水平與三相出線的絕緣水平相同。例如60kV及以下電壓等級的變壓器中性點絕緣即采用這種方式。

分級絕緣是指中性點的絕緣水平低於三相出線的絕緣水平。例如110kV電壓等級的變壓器中性點采用35kV的絕緣水平，220kV電壓等級的變壓器中性點采用110kV的絕緣水平。

采用分級絕緣後，因變壓器內絕緣的尺寸縮小，變壓器的尺寸可以相應地縮小，造價也降低很多。

01、變壓器中性點直接接地與中性點不接地背景資料

Q：為什麽在電網實際運行中，並非所有的變壓器中性點直接接地，而是將相對固定的部分變壓器采用中性點不接地方式或經放電間隙接地方式？

A：①為了限製電網短路電流，主要是單相短路電流，避免其超過斷路器的遮斷容量，從而使電網時刻處於因斷路器無法開斷故障電流而使事故擴大的危險之中。這是通過減小變壓器中性點接地的數量，增加網絡的零序阻抗可以實現。

②為了繼電保護之間的整定配合更為合理。避免因運行方式的變化，如故障跳閘、運行方式調整等，導致零序網絡變化過大，出現定值整定的失配情況。

Q：部分變壓器中性點不接地運行帶來了什麽問題？

A：①在開式運行網絡中，局部地區小網與主網連接的線路跳閘後，可能會形成孤網運行的現象，此時若孤網發生單相接地故障，且在孤網內無中性接地運行，則可能造成非故障相對地電壓升高，且無足夠大的零序電流確保故障的切除，可能導致變壓器本體線圈的非故障相和中性點絕緣被擊穿。

②對於分級絕緣變壓器，此類過電壓造成的威脅更甚，所以必須針對該類故障情況設置對應的繼電保護防止事故發生，並且中性點不接地變壓器應先於中性點接地變壓器被切除，避免出現電網無中性點接地點，使得故障擴大到其他設備，這也得依賴於繼電保護整定的合理配合來實現。

③中性點不接地時，故障電氣量對變壓器的危害十分巨大。其中，零序電壓輕則會導致變壓器繞組與鐵心損耗增加、繞組過熱、絕緣老化加快，重則破壞變壓器中性點的絕緣水平，使其擊穿損壞。同時零序電流會影響電壓穩定性，如電壓不對稱、中點電壓偏移等，影響設備穩定運行。

Q：對於分級絕緣變壓器，如何保護其免受不對稱運行、不對稱故障傷害？

A：①變壓器聯跳方式采取當站內中性點接地的變壓器發生內部故障的同時一並切除中性點不接地的另一台變壓器（缺點：選擇性差、定值配合複雜，容易擴大停電範圍）。

②設置放電間隙方式，采取在中性點不接地運行方式的變壓器中性點設置放電間隙，並配置間隙保護。

02、間隙保護構成

間隙保護由間隙零序過流保護和零序過壓保護構成，作為變壓器中性點經放電間隙接地運行時的接地故障後備保護。

1. 間隙零序過電流保護

間隙零序過電流保護是在係統發生單相接地時，變壓器中性點感受到的電壓超過擊穿電壓，導致間隙接地針兩端擊通啟動的保護，用於保護放電間隙避免因長時間擊穿而損壞，是放電間隙本體的主保護；

用於維持電網零序網絡的穩定，避免因整定計算中出現非預期零序網絡而導致其他零序保護（尤其是出線的零序電流保護）長時間拒動或誤動的情況，是係統其他零序保護的遠後備保護。

間隙擊穿後，從故障點經放電間隙形成通路產生電流，這就是間隙零序電流，當間隙零序電流超過了整定值，經整定延時，保護動作跳主變各側開關。

2. 零序電壓保護

零序電壓保護是針對所連接的係統單相接地故障同時又沒有中性點接地點或失去中性點接地點的情況設置，防止故障產生的零序過電壓對係統電氣設備絕緣構成威脅，是放電間隙的補充或近後備。

零序電壓取母線電壓，當其超過了整定值，經整定延時，零序電壓保護動作跳主變各側開關。

3. 間隙零序過流保護和零序過壓保護配合

考慮到在間隙擊穿過程中，間隙零序過流和零序過壓可能交替出現，保護邏輯一般采取零序過壓和間隙零序過流元件動作後相互保持。

間隙保護的動作時間以間隙零序過流保護的時間整定值為準。

03、間隙保護整定

GB 14285—2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》

分級絕緣變壓器在間隙保護電流電壓元件動作後，經0.3～0.5s時限動作斷開變壓器各側斷路器。

DL/T 559—2007《220kV～750kV電網繼電保護裝置運行整定規程》

①中性點放電間隙零序電流保護的啟動電流可整定為間隙擊穿時有足夠的靈敏度，保護動作後帶0.3～0.5s延時，斷開變壓器各側斷路器。

②中性點經放電間隙接地的220kV變壓器的零序電壓保護，其3U0定值一般可整定為180V和0.5s。

DL/T684—2012 《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》

分級絕緣且中性點裝設放電間隙的變壓器的零序過電壓繼電器的整定建議為180V，間隙零序過流保護的一次動作電流可取100A，零序電壓保護延時可取0.3～0.5s，間隙零序過流保護延時可取0.3～0.5s，可考慮與出線接地後備保護時間配合。

Q/GDW 1175—2013《變壓器、高壓並聯電抗器和母線保護及輔助裝置標準化設計規範》

間隙零序過流保護和零序電壓的整定時限分開。

1. 間隙零序過流保護電流定值

考慮選取很小的幅值使得在間隙擊穿時有足夠的靈敏度，用於判斷放電間隙有無擊穿。

2. 間隙零序過流保護延時定值

考慮選取較短延時小於放電間隙的擊穿耐受時間，同時盡快切除新增接地點（放電間隙的變壓器）避免零序網絡穩定性長時間破壞，但此外也可考慮與出線接地後備保護時間配合，導致時間配合或保護選擇性的矛盾。

當延長間隙零序過流保護的動作整定時間，會給電網帶來哪些風險？

①導致放電間隙因擊穿過長而損壞。隻有當整定延時小於放電間隙的擊穿耐受時間，或者變壓器中性點間隙擊穿且較長時間工頻續流情況下變壓器中性點的絕緣能夠承受該電壓水平，則可以適當延長該整定時間。

②間隙零序過流保護延時定值的延長會導致電網零序網絡穩定性長時間被破壞，這是整定計算中出現的非預期零序網絡，可能導致其他零序保護（如出線零序電流保護）出現長時間拒動或誤動的情況。

3. 零序電壓保護電壓定值

考慮按180V進行整定（工程經驗），也可依據變壓器中性點絕緣水平（中性點耐壓值）計算得出。

4. 零序電壓保護延時定值

考慮僅躲過單相接地的暫態過壓。因為在電網發生單相接地故障時，被保護變壓器為網內唯一中性點直接接地點，保護無需與其他接地保護進行配合。

04、主變中性點倒閘操作中零序保護、間隙保護投退順序

假設某220kV變電站兩台主變高壓側並列運行。

1號主變中性點隔離開關QS1為合位，2號主變中性點隔離開關QS2為分位。此時按照地區電網調度規定1號主變2號主變零序、間隙保護投退狀態，如下表：

現在要進行倒換中性點的倒閘操作，倒為2號主變中性點直接接地。原則是先合2號主變中性點QS2，再拉開1號主變中性點QS1。切換過程保證係統仍為直接接地係統。

操作中性點時，把握好中性點零序保護功能壓板和間隙保護功能壓板都要在投入狀態的原則。

在進行拉開或者合上直接接地係統變壓器中性點之前，先進行零序或間隙保護功能壓板投入操作。使中性點零序保護功能壓板和間隙保護功能壓板都在投入狀態，如下表：

然後再進行中性點分合操作。合上主變中性點隔離開關之後退出間隙保護功能壓板，拉開中性點之後退出零序保護功能壓板。