主变中性点绝缘方式及倒闸操作

对于电力系统中110kV及以上电压等级的中性点直接接地系统，中性点直接接地数目，直接影响整个网络零序电流的大小和分布，进而影响零序过流保护的适应性和整定计算。一般双主变或多主变并列运行的变电站，为保证系统为直接接地系统，其中1台主变中性点直接接地运行，其余主变中性点经间隙接地运行。

高电压等级系统中，绝缘费用在设备总价格中的占比相当大，通过降低绝缘水平带来的经济效益十分显著。

110kV及以上电压等级的电网，一方面采用中性点直接接地方式，以解决系统接地故障时的非故障相电压升高问题，另一方面，大量使用分级绝缘变压器代替全绝缘变压器，从而降低设备制造成本。

Tips：分级绝缘变压器

变压器按中性点绝缘方式分类可分为：

①全绝缘变压器

②分级绝缘变压器

全绝缘是指星形接线变压器中性点的绝缘水平与三相出线的绝缘水平相同。例如60kV及以下电压等级的变压器中性点绝缘即采用这种方式。

分级绝缘是指中性点的绝缘水平低于三相出线的绝缘水平。例如110kV电压等级的变压器中性点采用35kV的绝缘水平，220kV电压等级的变压器中性点采用110kV的绝缘水平。

采用分级绝缘后，因变压器内绝缘的尺寸缩小，变压器的尺寸可以相应地缩小，造价也降低很多。

01、变压器中性点直接接地与中性点不接地背景资料

Q：为什么在电网实际运行中，并非所有的变压器中性点直接接地，而是将相对固定的部分变压器采用中性点不接地方式或经放电间隙接地方式？

A：①为了限制电网短路电流，主要是单相短路电流，避免其超过断路器的遮断容量，从而使电网时刻处于因断路器无法开断故障电流而使事故扩大的危险之中。这是通过减小变压器中性点接地的数量，增加网络的零序阻抗可以实现。

②为了继电保护之间的整定配合更为合理。避免因运行方式的变化，如故障跳闸、运行方式调整等，导致零序网络变化过大，出现定值整定的失配情况。

Q：部分变压器中性点不接地运行带来了什么问题？

A：①在开式运行网络中，局部地区小网与主网连接的线路跳闸后，可能会形成孤网运行的现象，此时若孤网发生单相接地故障，且在孤网内无中性接地运行，则可能造成非故障相对地电压升高，且无足够大的零序电流确保故障的切除，可能导致变压器本体线圈的非故障相和中性点绝缘被击穿。

②对于分级绝缘变压器，此类过电压造成的威胁更甚，所以必须针对该类故障情况设置对应的继电保护防止事故发生，并且中性点不接地变压器应先于中性点接地变压器被切除，避免出现电网无中性点接地点，使得故障扩大到其他设备，这也得依赖于继电保护整定的合理配合来实现。

③中性点不接地时，故障电气量对变压器的危害十分巨大。其中，零序电压轻则会导致变压器绕组与铁心损耗增加、绕组过热、绝缘老化加快，重则破坏变压器中性点的绝缘水平，使其击穿损坏。同时零序电流会影响电压稳定性，如电压不对称、中点电压偏移等，影响设备稳定运行。

Q：对于分级绝缘变压器，如何保护其免受不对称运行、不对称故障伤害？

A：①变压器联跳方式采取当站内中性点接地的变压器发生内部故障的同时一并切除中性点不接地的另一台变压器（缺点：选择性差、定值配合复杂，容易扩大停电范围）。

②设置放电间隙方式，采取在中性点不接地运行方式的变压器中性点设置放电间隙，并配置间隙保护。

02、间隙保护构成

间隙保护由间隙零序过流保护和零序过压保护构成，作为变压器中性点经放电间隙接地运行时的接地故障后备保护。

1. 间隙零序过电流保护

间隙零序过电流保护是在系统发生单相接地时，变压器中性点感受到的电压超过击穿电压，导致间隙接地针两端击通启动的保护，用于保护放电间隙避免因长时间击穿而损坏，是放电间隙本体的主保护；

用于维持电网零序网络的稳定，避免因整定计算中出现非预期零序网络而导致其他零序保护（尤其是出线的零序电流保护）长时间拒动或误动的情况，是系统其他零序保护的远后备保护。

间隙击穿后，从故障点经放电间隙形成通路产生电流，这就是间隙零序电流，当间隙零序电流超过了整定值，经整定延时，保护动作跳主变各侧开关。

2. 零序电压保护

零序电压保护是针对所连接的系统单相接地故障同时又没有中性点接地点或失去中性点接地点的情况设置，防止故障产生的零序过电压对系统电气设备绝缘构成威胁，是放电间隙的补充或近后备。

零序电压取母线电压，当其超过了整定值，经整定延时，零序电压保护动作跳主变各侧开关。

3. 间隙零序过流保护和零序过压保护配合

考虑到在间隙击穿过程中，间隙零序过流和零序过压可能交替出现，保护逻辑一般采取零序过压和间隙零序过流元件动作后相互保持。

间隙保护的动作时间以间隙零序过流保护的时间整定值为准。

03、间隙保护整定

GB 14285—2006《继电保护和安全自动装置技术规程》

分级绝缘变压器在间隙保护电流电压元件动作后，经0.3～0.5s时限动作断开变压器各侧断路器。

DL/T 559—2007《220kV～750kV电网继电保护装置运行整定规程》

①中性点放电间隙零序电流保护的启动电流可整定为间隙击穿时有足够的灵敏度，保护动作后带0.3～0.5s延时，断开变压器各侧断路器。

②中性点经放电间隙接地的220kV变压器的零序电压保护，其3U0定值一般可整定为180V和0.5s。

DL/T684—2012 《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》

分级绝缘且中性点装设放电间隙的变压器的零序过电压继电器的整定建议为180V，间隙零序过流保护的一次动作电流可取100A，零序电压保护延时可取0.3～0.5s，间隙零序过流保护延时可取0.3～0.5s，可考虑与出线接地后备保护时间配合。

Q/GDW 1175—2013《变压器、高压并联电抗器和母线保护及辅助装置标准化设计规范》

间隙零序过流保护和零序电压的整定时限分开。

1. 间隙零序过流保护电流定值

考虑选取很小的幅值使得在间隙击穿时有足够的灵敏度，用于判断放电间隙有无击穿。

2. 间隙零序过流保护延时定值

考虑选取较短延时小于放电间隙的击穿耐受时间，同时尽快切除新增接地点（放电间隙的变压器）避免零序网络稳定性长时间破坏，但此外也可考虑与出线接地后备保护时间配合，导致时间配合或保护选择性的矛盾。

当延长间隙零序过流保护的动作整定时间，会给电网带来哪些风险？

①导致放电间隙因击穿过长而损坏。只有当整定延时小于放电间隙的击穿耐受时间，或者变压器中性点间隙击穿且较长时间工频续流情况下变压器中性点的绝缘能够承受该电压水平，则可以适当延长该整定时间。

②间隙零序过流保护延时定值的延长会导致电网零序网络稳定性长时间被破坏，这是整定计算中出现的非预期零序网络，可能导致其他零序保护（如出线零序电流保护）出现长时间拒动或误动的情况。

3. 零序电压保护电压定值

考虑按180V进行整定（工程经验），也可依据变压器中性点绝缘水平（中性点耐压值）计算得出。

4. 零序电压保护延时定值

考虑仅躲过单相接地的暂态过压。因为在电网发生单相接地故障时，被保护变压器为网内唯一中性点直接接地点，保护无需与其他接地保护进行配合。

04、主变中性点倒闸操作中零序保护、间隙保护投退顺序

假设某220kV变电站两台主变高压侧并列运行。

1号主变中性点隔离开关QS1为合位，2号主变中性点隔离开关QS2为分位。此时按照地区电网调度规定1号主变2号主变零序、间隙保护投退状态，如下表：

现在要进行倒换中性点的倒闸操作，倒为2号主变中性点直接接地。原则是先合2号主变中性点QS2，再拉开1号主变中性点QS1。切换过程保证系统仍为直接接地系统。

操作中性点时，把握好中性点零序保护功能压板和间隙保护功能压板都要在投入状态的原则。

在进行拉开或者合上直接接地系统变压器中性点之前，先进行零序或间隙保护功能压板投入操作。使中性点零序保护功能压板和间隙保护功能压板都在投入状态，如下表：

然后再进行中性点分合操作。合上主变中性点隔离开关之后退出间隙保护功能压板，拉开中性点之后退出零序保护功能压板。