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如何保護(hù)高壓試驗(yàn)變壓器中性點(diǎn)間隙形式

如何保護(hù)高壓試驗(yàn)變壓器中性點(diǎn)間隙形式

為避免在110kV及220kV有效接地系統(tǒng)中偶然形成局部不接地系統(tǒng)，并產(chǎn)生較高的工頻過電壓。對可能形成的這種局部系統(tǒng)，低壓側(cè)有電源的110kV及220kV變壓器不接地的中性點(diǎn)要裝設(shè)間隙。因接地故障形成局部不接地系統(tǒng)時該間隙動作；系統(tǒng)以有效接地方式運(yùn)行發(fā)生單相接地故障時間隙不動作。當(dāng)變壓器中性點(diǎn)絕緣的沖擊耐受電壓偏低時，還應(yīng)在間隙旁并聯(lián)金屬氧化鋅避雷器測試儀。
近幾年中性點(diǎn)保護(hù)間隙和避雷器并聯(lián)成套設(shè)備（有些還帶接地隔離開關(guān)）的制造正在初步形成規(guī)模，各企業(yè)對設(shè)備制造的理論依據(jù)各有不同，但實(shí)際產(chǎn)品都存在兩個常見問題。
一、放電間隙與避雷器的分工配合不理想。
二、間隙放電后燒損嚴(yán)重，往往一兩次工作就完全變形無法繼續(xù)使用。
我們依據(jù)多年制造維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合具體試驗(yàn)，對出現(xiàn)的上述問題進(jìn)行了如下思考和改進(jìn)。
變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生過電壓常見以下幾種情況：
一、系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障。
出現(xiàn)這種情況時，依據(jù)從故障點(diǎn)看的系統(tǒng)零序電抗和正序電抗，可以計算出在不接地中性點(diǎn)上的過電壓數(shù)值。
二、形成局部不接地系統(tǒng)且變壓器低壓側(cè)有電源。
出現(xiàn)局部不接地系統(tǒng)（如系統(tǒng)發(fā)生接地故障跳閘，故障保留在局部系統(tǒng)中），變壓器中性點(diǎn)電壓將可能升高到相電壓。
三、雷電過電壓。
出現(xiàn)感應(yīng)雷或侵入雷，導(dǎo)致瞬間沖擊形式的過電壓。
四、其它斷線過電壓。
如導(dǎo)線意外斷落，斷路器意外拒動作等造成的過電壓。這類過電壓主要為諧振形式。
分析上面的四種主要形式的過電壓，顯然雷電過電壓需要避雷器來工作吸收。由于避雷器（目前都采用MOA）存在無法吸收持續(xù)能量的問題，其它形式的過電壓不能靠避雷器來吸收。
單相接地產(chǎn)生的中性點(diǎn)電壓升高，其值不高，可按下式估算：



     這個過電壓是變壓器中性點(diǎn)絕緣能力可以承受的，不需要特別的設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。
而對于前面歸納的**和第四兩類過電壓，才是需要間隙來保護(hù)的。由于這兩類過電壓都是幅值變化大，持續(xù)時間比較長的，無法歸納出**的保護(hù)點(diǎn)，所以一般設(shè)計上都按照間隙工頻放電電壓不大于其保護(hù)的變壓器中性點(diǎn)工頻絕緣水平（工頻1min耐受值）來設(shè)計間隙的工頻擊穿值。
     *后，還需要分析間隙沖擊放電范圍，以及避雷器的工頻耐受能力，以實(shí)現(xiàn)比較好的配合。
通過上面分析的變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙和避雷器成套設(shè)備的選型原則，我們可以大致了解廠家設(shè)計此類設(shè)備的計算過程。從理論上說，這個設(shè)計是可靠的，**性能比較好。但是為什么實(shí)際使用中卻出現(xiàn)燒間隙問題？我們通過對多年實(shí)踐的總結(jié)，認(rèn)為是材料和間隙形式的缺陷導(dǎo)致實(shí)際使用效果遠(yuǎn)不如理論。
     前些年沒有出現(xiàn)這類成套設(shè)備，變電站多采用自己采購配件（隔離開關(guān)、避雷器、絕緣支柱），現(xiàn)場用兩根金屬棒按電力規(guī)程要求拉開合適的距離，做成一個棒-棒間隙，用來進(jìn)行變壓器中性點(diǎn)保護(hù)。這個辦法雖然簡單，但是還是有一些效果。有時出現(xiàn)間隙不正常放電或者燒損，一般也解釋成安裝單位不是避雷器廠，對絕緣配合理論理解不深刻，導(dǎo)致間隙和變壓器的配合、和避雷器的配合設(shè)計有誤，也可以說得過去。
     但是現(xiàn)在由專門做過電壓保護(hù)設(shè)備的企業(yè)，按嚴(yán)格的絕緣配合計算設(shè)計的變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙成套設(shè)備，依然不時出現(xiàn)燒間隙的問題，這恐怕已經(jīng)不是絕緣配合理論理解不深刻的問題，我們要思考更深層次的因素。我們結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，認(rèn)為依然出現(xiàn)這些問題，是間隙形式的不合理造成的。
     傳統(tǒng)的棒-棒間隙，由于實(shí)際使用中事故率比較高，所以并不得到多數(shù)企業(yè)的認(rèn)可。目前專門做變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙成套設(shè)備的廠家，很多都傾向改變間隙結(jié)構(gòu)為水平球型間隙。因?yàn)榍蛐烷g隙有一個明顯的優(yōu)點(diǎn)，就是放電分散性比較小，可以比較理想的達(dá)到與理論計算差不多的實(shí)際放電電壓控制值。但是間隙燒損嚴(yán)重真的是因?yàn)閷?shí)際工作電壓與理論計算不一致導(dǎo)致的嗎？如果說間隙燒損是由于放電分散性太大，大到了在低于前面列舉的*類過電壓（單相接地導(dǎo)致中性點(diǎn)電壓升高）時就放電，那采用球型間隙是一個合理的選擇。然而事實(shí)上大多數(shù)時候間隙的燒損并不是放電電壓偏低誤工作造成，而是放電以后拉弧時間過長電弧持續(xù)灼燒一點(diǎn)造成，這個是采用球型間隙也無法解決的問題，滅弧性能球型間隙并不比簡單的棒-棒間隙好到哪里去。所以我們雖然把放電分散性控制下來了，但是并不能真的解決掉燒間隙的問題。只有提高間隙的滅弧能力，才可以解決電弧長時間灼燒導(dǎo)致間隙使用壽命很低的問題。
     基于這個考慮，我們考察了各種間隙滅弧能力的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為采用角型間隙可以有效解決這個問題。相關(guān)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)很多，但為了直觀驗(yàn)證擊穿后滅弧時間和滅弧后燒損情況，我們又進(jìn)行了如下比較試驗(yàn)。
試驗(yàn)為單相電源，間隙擊穿900ms后自動跳閘。在三種短路電流下對比球型間隙和角型間隙各做5次試驗(yàn)。
間隙球直徑100mm，間隙角45度，長度100mm。

試驗(yàn)http://www.jssxdq.com結(jié)果如下：






短路電流

500A

1500A

3000A

球間隙

滅弧情況

自動滅弧3次，2次跳閘

自動滅弧2次，3次跳閘

5次均靠跳閘才能滅弧

燒損情況

均輕微燒損，可繼續(xù)使用

3只燒損比較大，但還可繼續(xù)使用

銅球均嚴(yán)重?zé)龘p，無法繼續(xù)使用

角間隙

滅弧情況

全部自動滅弧

全部自動滅弧

全部自動滅弧

燒損情況

幾乎無損傷

幾乎無損傷

2只輕微燒損，可繼續(xù)使用。3只幾乎無損傷
     由于條件限制，此項(xiàng)試驗(yàn)的調(diào)節(jié)廣度和次數(shù)均不大，還不能作為定量科學(xué)分析的依據(jù)。但可以從中定性的看出，角型間隙的滅弧能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于球間隙，而且在短路電流偏高的情況下，優(yōu)勢更為明顯。雖然沒有進(jìn)行重合閘的模擬，但是可以推論如果自動滅弧成功，重合閘是成功率很高的。角型間隙產(chǎn)生弧光后可以自動拉長電弧降低短路電流，對滅弧的實(shí)際作用很明顯。
     *后分析一下降低沖擊系數(shù)（沖擊因數(shù)）的問題。球型間隙的另一個賣點(diǎn)是沖擊系數(shù)低。沖擊系數(shù)降低是否真的那么重要呢？我們認(rèn)為不是的。
     前文已經(jīng)列舉了中性點(diǎn)過電壓產(chǎn)生的幾個主要類別，會出現(xiàn)高幅值的沖擊放電的，就是雷擊。事實(shí)上并聯(lián)避雷器可以非常好的限制這類過電壓，在有并聯(lián)避雷器的情況下，不需要特別考慮放電間隙的沖擊系數(shù)是不是需要很低，實(shí)際使用中的出現(xiàn)感應(yīng)雷和侵入雷，根本不靠放電間隙工作來釋放。
     為了節(jié)約成本，在變壓器中性點(diǎn)絕緣水平比較高的時候，有的廠家建議用戶可以只安裝間隙而不需要并聯(lián)避雷器，因此這個時候間隙的沖擊系數(shù)就很重要。但是由于間隙自身放電還存在響應(yīng)時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于MOA的缺點(diǎn)，為了能夠有效的釋放雷擊（而且實(shí)際往往是多重雷）這樣很短的瞬間沖擊，即使間隙沖擊系數(shù)理論計算上可以滿足絕緣配合要求，我們認(rèn)為也不宜在變壓器中性點(diǎn)只安裝間隙而不并聯(lián)避雷器。
     綜上所述，對于變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙成套設(shè)備，采用角型間隙代替球型間隙，可以有效提高間隙滅弧性能，真正意義上降低間隙燒損事故，大大提高間隙的使用壽命。而同時換用角型間隙并不破壞設(shè)備間的絕緣配合設(shè)計，對產(chǎn)品的保護(hù)性能沒有影響，是一個合理的選擇。

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