1刖言在110kV及以上電壓等級(jí)電網(wǎng)系統(tǒng)中，電力變壓器是電力生產(chǎn)的核心設(shè)備，其成本較高，為了減少成本，減小變壓器的內(nèi)絕緣尺寸從而使整個(gè)變壓器的尺寸縮小，變壓器普遍采用分級(jí)絕緣結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是中性點(diǎn)的絕緣水平低于三相端部出線電壓等級(jí)的絕緣水平。

　　在部分變壓器中性點(diǎn)接地的電網(wǎng)中，接地短路故障是較常見(jiàn)的故障（約占故障總數(shù)的85%以上）。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障，中性點(diǎn)接地的變壓器跳開(kāi)后，電網(wǎng)變成不接地系統(tǒng)，電網(wǎng)零序電壓升高或諧振等都會(huì)使不接地變壓器中性點(diǎn)遭受過(guò)電壓，從而危及變壓器的中性點(diǎn)絕緣。因此，處于該系統(tǒng)中運(yùn)行的大型變壓器必須裝設(shè)中性點(diǎn)保護(hù)1. 2變壓器中性點(diǎn)接地方式2.1變壓器中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)電源中性點(diǎn)接地系統(tǒng)，若發(fā)生某單相接地，另兩相電壓不升高，這樣可使整個(gè)系統(tǒng)絕緣水平降低；另外，單相接地會(huì)產(chǎn)生較大的短路電流，從而使保護(hù)裝置（繼電器、熔斷器等）迅速準(zhǔn)確地動(dòng)作，提高了保護(hù)的可靠性。電源中性點(diǎn)接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)是單相短路電流很大，開(kāi)關(guān)及電氣設(shè)備等要選擇較大容量，并且還能造成系統(tǒng)不穩(wěn)定和干擾通訊線路等。

　　2.2變壓器中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)變壓器中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，由于限制了單相接地電流，對(duì)通訊的干擾較小；另外單相接地可以運(yùn)行段時(shí)間，提高了供電的可靠性。變壓器中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的缺點(diǎn)是，當(dāng)一相接地時(shí)，另兩相對(duì)地電壓升高一倍，易使絕緣薄弱地方擊穿，從而造成兩相接地短路。

　　2.3我國(guó)110kV變壓器中性點(diǎn)接地方式為了限制單相接地短路電流，防止通訊干擾和繼電保護(hù)的整定配置等要求，我國(guó)110kV系統(tǒng)普遍采用臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地，其余變壓器的中性點(diǎn)不接地的運(yùn)行方式，即部分變壓器中性點(diǎn)接地方式。

　　3變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓及保護(hù)3.1變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓3.1. 1工頻過(guò)電壓系統(tǒng)中在操作或接地故障時(shí)發(fā)生的頻率等于工頻（50Hz）或接近工頻的高于系統(tǒng)比較高工作電壓的過(guò)電壓。產(chǎn)生工頻過(guò)電壓的主要原因是：空載長(zhǎng)線路的電容效應(yīng)，不對(duì)稱短路時(shí)正常相上的電壓升高，系統(tǒng)突然甩負(fù)荷使發(fā)電機(jī)加速旋轉(zhuǎn)等。

　　3.1.2諧振過(guò)電壓電力系統(tǒng)中些電感、電容元件在系統(tǒng)進(jìn)行操作或發(fā)生故障時(shí)可形成各種振蕩回路，在一定的能源作用下，會(huì)產(chǎn)生串聯(lián)諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)某些元件出現(xiàn)嚴(yán)重的過(guò)電壓。諧振過(guò)電壓分為以下幾種：線性諧振過(guò)電壓、鐵磁諧振過(guò)電壓和參數(shù)諧振過(guò)電壓。

　　3.1.3操作過(guò)電壓產(chǎn)生操作過(guò)電壓的原因，是由于電力系統(tǒng)的許多設(shè)備都是儲(chǔ)能元件，在斷路器或隔離開(kāi)關(guān)開(kāi)斷的過(guò)程中，儲(chǔ)存在電感中的磁能和儲(chǔ)存在電容中的靜電場(chǎng)能量（電能）發(fā)生了轉(zhuǎn)換、過(guò)渡的振蕩過(guò)程，由振蕩而引起過(guò)電壓。特點(diǎn)是持續(xù)的時(shí)間通常比雷電過(guò)電壓長(zhǎng)，而又比暫態(tài)過(guò)電壓短。一般在數(shù)百微秒到100mS之間。3.1.4雷電過(guò)電壓雷電過(guò)電壓與氣象條件有關(guān)，由電力系統(tǒng)外部原因造成的，因此又稱之為大氣過(guò)電壓或外部過(guò)電壓。

　　電力系統(tǒng)的雷電過(guò)電壓分成：直接雷擊過(guò)電壓、雷電反擊過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓、雷電侵入波過(guò)電壓。

　　3.2變壓器中性點(diǎn)保護(hù)方式變壓器中性點(diǎn)保護(hù)可采用間隙、避雷器及避雷器并聯(lián)間隙三種方式。采用避雷器并聯(lián)間隙的方式在電力系統(tǒng)中較為常見(jiàn)。避雷器并聯(lián)間隙的保護(hù)分工是工頻、諧振和操作過(guò)電壓由間隙承擔(dān)，雷電過(guò)電壓由避雷器承擔(dān)，同時(shí)，又用間隙來(lái)限制避雷器上可能出現(xiàn)的過(guò)高幅值的工頻過(guò)電壓和過(guò)高的殘壓，避免發(fā)生危險(xiǎn)。

　　這種方式既對(duì)變壓器中性點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)，又起到互為保護(hù)的作用。

　　3.3變壓器中性點(diǎn)繼電保護(hù)配置在110kV中性點(diǎn)直接接地的電力網(wǎng)中，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)有電源的變壓器中性點(diǎn)可能接地運(yùn)行或不接地運(yùn)行時(shí)，對(duì)外部單相接地短路引起的過(guò)電流，以及對(duì)因失去接地中性點(diǎn)引起的變壓器中性點(diǎn)電壓升高，應(yīng)按下列規(guī)定裝下列保護(hù)0. 3.3.1不接地零序?yàn)橄拗品旨?jí)絕緣變壓器中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的中性點(diǎn)過(guò)電壓，在變壓器中性點(diǎn)應(yīng)裝設(shè)放電間隙。此時(shí)應(yīng)裝設(shè)用于中性點(diǎn)直接接地和經(jīng)放電間隙接地的兩套零序過(guò)電流保護(hù)。此外，還應(yīng)增設(shè)零序過(guò)電壓保護(hù)。用于經(jīng)間隙接地的變壓器，裝設(shè)反應(yīng)間隙放電的零序電流保護(hù)和零序過(guò)電壓保護(hù)。當(dāng)變壓器所接的電力網(wǎng)失去接地中性點(diǎn)，又發(fā)生單相接地故障時(shí)，此電流電壓保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)0.3~0.5s時(shí)限動(dòng)作斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。

　　3.3.2接地零序在中性點(diǎn)直接接地的電網(wǎng)中，如變壓器中性點(diǎn)直接接地運(yùn)行，對(duì)單相接地引起的變壓器過(guò)電流，應(yīng)裝設(shè)零序過(guò)電流保護(hù)，保護(hù)可由兩段組成，其動(dòng)作電流與相關(guān)線路零序過(guò)電流保護(hù)相配合。每段保護(hù)可設(shè)兩個(gè)時(shí)限，并以較短時(shí)限動(dòng)作于縮小故障影響范圍，或動(dòng)作于本側(cè)斷路器，以較長(zhǎng)時(shí)限動(dòng)作于斷開(kāi)變壓器各側(cè)斷路器。

　　4案例分析2012年大港油田電網(wǎng)某變電站發(fā)生了主變110kV中性點(diǎn)間隙零序過(guò)流跳閘故障，這是油田電網(wǎng)歷史以來(lái)首次發(fā)生此類型故障。

　　4.1系統(tǒng)運(yùn)行方式大港油田地區(qū)110kV系統(tǒng)接線特點(diǎn)是以放射狀為主，以220kV變電站為電源點(diǎn)，通過(guò)110kV線路向各終端變電站輻射，低壓側(cè)無(wú)電源。該變電站的上級(jí)220kV變電站為直接接地系統(tǒng)，且要求下級(jí)系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)運(yùn)行。該變電站采用避雷器并聯(lián)放電間隙保護(hù)。

　　110kV變電站的電源由上級(jí)220kV變電站通過(guò)151線路提供，且與另外一座110kV變電站有一聯(lián)絡(luò)線152，開(kāi)環(huán)運(yùn)行（作為備用電源）。站內(nèi)兩臺(tái)主變并列運(yùn)行。

　　主變110kV側(cè)間隙零序定值為間隙CT 300/51.2A/0.5S跳主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)。

　　4.2保護(hù)動(dòng)作根據(jù)上級(jí)220kV變電站錄波記錄顯示151線路接地距離動(dòng)作開(kāi)關(guān)s跳閘，1.2s重合閘成功，故障錄波測(cè)距22.022km，故障相為C相。

　　經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查后發(fā)現(xiàn)，造成線路發(fā)生單相接地故障的原因是由于大型水鳥(niǎo)展翅使線路與橫擔(dān)間短路，為瞬時(shí)單相接地故障。

　　151線路出口跳閘后，線路故障本應(yīng)解除，1. 2s后重合閘即可恢復(fù)正常供電。但由于某種原因，51線路出口跳閘后故障依然存在，變壓器中性點(diǎn)的零序電壓引起間隙擊穿，間隙電流（1主變間隙6.66A，2主變間隙6.63A，均為二次值）超過(guò)保護(hù)定值，零序過(guò)流過(guò)壓時(shí)限動(dòng)作跳閘致使兩臺(tái)主變高后備動(dòng)作跳三側(cè)開(kāi)關(guān)。主變跳閘后接地故障點(diǎn)解除，51線路出口重合閘動(dòng)作成功。

　　4.3保護(hù)分析由于該變電站為單電源供電方式運(yùn)行，且低壓側(cè)并沒(méi)有并聯(lián)發(fā)電機(jī)，當(dāng)電源進(jìn)線發(fā)生瞬時(shí)單相接地故障時(shí)，上級(jí)變電站出口跳閘后故障應(yīng)消除，下級(jí)變壓器中性點(diǎn)不應(yīng)被擊穿和保護(hù)跳閘。

　　值得注意的是，上級(jí)變電站將線路斷開(kāi)后，110kV系統(tǒng)成了不接地系統(tǒng)，且該站進(jìn)線線總長(zhǎng)31km，電容電流約為11A，如果有電源存在，故障電弧將難以自動(dòng)熄滅，在短路電流過(guò)零時(shí)電弧熄滅后重燃。由于電弧多次不斷的熄滅和重燃，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)地電容多次不斷的積累和重新再分配，在非故障相的電感-電容回路上引起高頻振蕩過(guò)電壓，對(duì)于架空線路，弧光過(guò)電壓幅值一般可達(dá)3~3.5倍相電壓。

　　該變電站雖然沒(méi)有并聯(lián)發(fā)電機(jī)，但負(fù)荷多為異步抽油電機(jī)（200多臺(tái)），可通過(guò)變壓器反饋電能至故障點(diǎn)，為故障點(diǎn)提供弧光接地短路電流。

　　該站變壓器保護(hù)間隙距離為100mm的50%放電電壓約為55.4kV，u50%=2+0.534d（kV）H.變壓器110kV高壓繞組分級(jí)絕緣中性點(diǎn)的工頻耐受電壓為95kV，當(dāng)發(fā)生弧光接地過(guò)電壓時(shí)，間隙擊穿，中性點(diǎn)經(jīng)間隙經(jīng)弧光接地。間隙放電能夠有效地保護(hù)變壓器110kV中性點(diǎn)不被高電壓擊穿放電。

　　110kV中性點(diǎn)間隙擊穿后，單相接地短路電流增大。間隙零序電流6.6A（CT300/5次電流396A）大于整定值（72A），保護(hù)起動(dòng)，經(jīng)0.5s的延時(shí)，跳開(kāi)主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)。

　　5結(jié)論根據(jù)上述案例分析，該變電站變壓器中性點(diǎn)的保護(hù)配置和保護(hù)定值不僅滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，而且考慮了本站的實(shí)際負(fù)荷情況，在發(fā)生故障時(shí)可靠的保護(hù)了變壓器的安全，使設(shè)備免受更大高電壓沖擊。

　　對(duì)于帶電源或?qū)?lái)有可能帶電源的變壓器，以及帶等效電源（大量電動(dòng)機(jī)）時(shí)，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)考慮配置完整的中性點(diǎn)間隙保護(hù)，包括中性點(diǎn)零序過(guò)電流保護(hù)，中性點(diǎn)間隙電流保護(hù)以及母線開(kāi)三角零序電壓保護(hù)。

　　但間隙與避雷器配合使用時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，如距離調(diào)節(jié)不準(zhǔn)，同心度差，放電后產(chǎn)生的電弧燒蝕電極，容易發(fā)生要么接地故障時(shí)致使間隙誤擊穿，要么間隙拒動(dòng)造成避雷器爆炸或設(shè)備絕緣損壞，因此在今后的新建變電站及改造時(shí)可以考慮使用新型中性點(diǎn)保護(hù)裝置，如復(fù)合間隙、可控間隙與避雷器并聯(lián)使用等4.更加安全可靠的中性點(diǎn)保護(hù)配置還需進(jìn)一步地研究。