论文部分内容阅读
摘 要:我国110 kV及以上电压等级的电力变压器一般采取中性点直接接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，达到了节约制造成本的目的。这样，一旦中性点产生过电压，就直接威胁变压器中性点的绝缘。为防止此类事件的发生，在变压器停、送电操作时，都要推上变压器中性点接地刀闸，防止操作时断路器三相不同期分、合闸产生过电压而损坏变压器。
关键词：变压器;中性点;过电压;接地刀闸
1. 变压器中性点绝缘水平：我国变压器中性点绝缘分为两种：一种为全绝缘，另一种为半绝缘。
1. 1 全绝缘：变压器首端与尾端绝缘水平一样的称为全绝缘，多用在110 kV以下电压等级的电力变压器。
1. 2 半绝缘：半绝缘变压器中性点的绝缘水平比绕组首端要低，通常只有首端的一半，这些变压器一般采取中性点有效接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，因此变压器中性点的绝缘水平大都设计得比端部绝缘低，多用在110 kV及以上电压等级的变压器，例如，220kV变压器中性点绝缘水平为110kV；110kV变压器中性点绝缘水平为60kV或38kV。
2．变压器工作原理：变压器的基本工作原理是电磁感应原理。
当交流电压加到一次侧绕组后交流电流流入该绕组就产生励磁作用，在铁芯中产生交变的磁通，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，它分别在两个绕组中引起感应电动势，这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交流电流流出，于是输出电能。 三绕组变压器与双绕组变压器在原理上没有根本区别。三相变压器的每个铁心柱上，都套着三个同心式绕组，分别为高、中、低压绕组。高压绕组总是排列在最外层，低压绕组和中压绕组则可以有不同的排列位置，低压绕组在中间，宜作升压变压器使用；中压绕组绕组在中间，宜作降压变压器使用。它的工作原理和双绕组变压器是一样的。高压绕组从电网获得的功率，通过电磁感应传递给中压、低压绕组。
3．过电压对变压器中性点绝缘的影响：（以切空载变压器为例）
变压器过电压有大气过电压和操作过电压两类。操作过电压一般为额定电压的2-4.5倍，而大气过电压可达到额定电压的8-12倍。变压器设计的绝缘强度一般考虑能承受2.5倍的过电压，中性点的电压则更低。不论哪一种过电压，都会导致变压器铁芯严重饱和，励磁电流增大，使铁芯严重发热，烧毁变压器绝缘，特别是中性点绝缘。
电网中用断路器切空变是一种常规的操作方式。在这种操作过电压中，有可能产生很高的过电压。运行经验表明，所用断路器的灭弧能力越强，则切空变的过电压事故越多。可见这种过电压和断路器的灭弧能力有关。切空变就是切一个电流很小的电感，由于断路器是能够切变压器的短路电流的，而空载变压器只有激磁电流，它只不过是短路电流的几百分之一甚至几万分之一，所以断路器可以不用吹灰之力就把激磁电流瞬息切断，而不要等到它非常等于零的。当变压器瞬时切开的，磁能就转变为电能，在转变的过程中就在变压器上引起过电压。由于操作过电压的能量来源于电网本身，所以它的幅值和电网的工频电压基本上成正比，操作过电压的幅值与电网该处工频相电压过电压的幅值之比，称为操作过电压倍数K。例如某变电所切154KV空变时（激磁电流I＝1.81%）,在29个记录中倍数最大达4.8，大于3.0的有三次。
4．变压器停送电操作时，为什么要推上变压器中性点接地刀闸
4．1 切除空载变压器会产生过电压：正常运行时，空载变压器表现为一个励磁电感。因此，切除空载变压器就是切除一个电感性负荷。经验表明，用断路器切断大于100A以上交流电流时，断路器分闸后触头间的电弧是在工频电流过零（即自然零点）时断弧，在这种情况下，等值电感中储藏的磁场能量为零，因此在切除过程中不会产生过电压。但切除空载变压器时，所切除的是变压器的空载电流，其值仅为额定电流的0.5%-4%，一般只有几安到几十安。断路器的灭弧能力显得异常强大，从而使空载电流未到零之前就因强制息弧而切断，也就是发生空载电流的突然"截断"。截流后，等值电感中储藏的磁场能量全部转变为等值电容的电场能量，从而产生了切空载变压器过电压。如图下图所示。
根据上图分析可知：切除空载变压器产生的过电压非常高，而中性点的绝缘水平又比较低，只有首端的一半，很容易造成损坏。另外，对于一侧有电源的受电变压器，当其开关非全相拉、合时，若其中性点不接地有以下危险： （1）变压器电源侧中性点对地电压最大可达相电压，这可能损坏变压器绝缘； （2）变压器的高、低压线圈之间有电容，这种电容会造成高压对低压的“传递过电压”； （3）当变压器高低压线圈之间电容耦合，低压侧会有电压达到谐振条件时，可能会出现谐振过电压，损坏绝缘。
4.2 对于低压侧有电源的送电变压器：
4.2.1 由于低压侧有电源，在并入系统前，变压器高压侧发生单相接地，若中性点未接地，则其中性点对地电压将是相电压，这可能损坏变压器绝缘；
4.2.2 非全相并入系统时，在一相与系统相联时，由于发电机和系统的频率不同，变压器中性点又未接地，该变压器中性点对地电压最高将是二倍相电压，未合相的电压最高可达2.73倍相电压，将造成绝缘损坏事故。所以，在投、切空载变压器时，必须合上变压器中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。
4．3 对于220KV变压器从中压侧向系统送电时，必须同时合上变压器中、高压侧中性点接地刀闸。因为，变压器的变比K=U1/U2=220/110=2，当合中压侧开关时，产生的过电压是其额定相电压的2.5倍时，则高压侧就变为5倍的相电压，这是变压器高压侧中性点无法承受的，所以，也必须推上变压器高压侧中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。
5．保护配合:
对于110KV及以上的变压器，都装有零序电流方向保护，此电流取自变压器中性点零序CT，只有当变压器中性点地刀闸推上时，发生接地故障，中性点CT中才有零序电流流过，零序方向保护才能启动，快速将故障点切除，保护变压器中性点绝缘免遭损坏。
6结论：
按照国网公司十八项反事故措施第12条要求：切合110kV及以上有效接地系统中性点不接地的空载变压器时，应先将该变压器中性点临时接地。为防止在有效接地系统中出现孤立不接地系统并产生较高工频过电压的异常运行工况，110～220kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。对于110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压?185kV时，还应在间隙旁并联金属氧化物避雷器，间隙距离及避雷器参数配合应进行校核。间隙动作后，应检查间隙的烧损情况并校核间隙距离。所以,为防止过电压损坏变压器绝缘，特别是变压器中性点绝缘，应采取以下措施：
（1）操作110KV及以上空载变压器时，必须推上变压器中性点接地刀闸；
（2）安装变压器中性点过电压保护间隙，间隙旁并联金属氧化物避雷器；
（3）变压器应装设零序方向电流保护。
参考文献
（1）电力变压器技术问答；
（2）电气绝缘与过电压；
（3）國网公司十八项反事故措施。
关键词：变压器;中性点;过电压;接地刀闸
1. 变压器中性点绝缘水平：我国变压器中性点绝缘分为两种：一种为全绝缘，另一种为半绝缘。
1. 1 全绝缘：变压器首端与尾端绝缘水平一样的称为全绝缘，多用在110 kV以下电压等级的电力变压器。
1. 2 半绝缘：半绝缘变压器中性点的绝缘水平比绕组首端要低，通常只有首端的一半，这些变压器一般采取中性点有效接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，因此变压器中性点的绝缘水平大都设计得比端部绝缘低，多用在110 kV及以上电压等级的变压器，例如，220kV变压器中性点绝缘水平为110kV；110kV变压器中性点绝缘水平为60kV或38kV。
2．变压器工作原理：变压器的基本工作原理是电磁感应原理。
当交流电压加到一次侧绕组后交流电流流入该绕组就产生励磁作用，在铁芯中产生交变的磁通，这个交变磁通不仅穿过一次侧绕组，同时也穿过二次侧绕组，它分别在两个绕组中引起感应电动势，这时如果二次侧与外电路的负载接通，便有交流电流流出，于是输出电能。 三绕组变压器与双绕组变压器在原理上没有根本区别。三相变压器的每个铁心柱上，都套着三个同心式绕组，分别为高、中、低压绕组。高压绕组总是排列在最外层，低压绕组和中压绕组则可以有不同的排列位置，低压绕组在中间，宜作升压变压器使用；中压绕组绕组在中间，宜作降压变压器使用。它的工作原理和双绕组变压器是一样的。高压绕组从电网获得的功率，通过电磁感应传递给中压、低压绕组。
3．过电压对变压器中性点绝缘的影响：（以切空载变压器为例）
变压器过电压有大气过电压和操作过电压两类。操作过电压一般为额定电压的2-4.5倍，而大气过电压可达到额定电压的8-12倍。变压器设计的绝缘强度一般考虑能承受2.5倍的过电压，中性点的电压则更低。不论哪一种过电压，都会导致变压器铁芯严重饱和，励磁电流增大，使铁芯严重发热，烧毁变压器绝缘，特别是中性点绝缘。
电网中用断路器切空变是一种常规的操作方式。在这种操作过电压中，有可能产生很高的过电压。运行经验表明，所用断路器的灭弧能力越强，则切空变的过电压事故越多。可见这种过电压和断路器的灭弧能力有关。切空变就是切一个电流很小的电感，由于断路器是能够切变压器的短路电流的，而空载变压器只有激磁电流，它只不过是短路电流的几百分之一甚至几万分之一，所以断路器可以不用吹灰之力就把激磁电流瞬息切断，而不要等到它非常等于零的。当变压器瞬时切开的，磁能就转变为电能，在转变的过程中就在变压器上引起过电压。由于操作过电压的能量来源于电网本身，所以它的幅值和电网的工频电压基本上成正比，操作过电压的幅值与电网该处工频相电压过电压的幅值之比，称为操作过电压倍数K。例如某变电所切154KV空变时（激磁电流I＝1.81%）,在29个记录中倍数最大达4.8，大于3.0的有三次。
4．变压器停送电操作时，为什么要推上变压器中性点接地刀闸
4．1 切除空载变压器会产生过电压：正常运行时，空载变压器表现为一个励磁电感。因此，切除空载变压器就是切除一个电感性负荷。经验表明，用断路器切断大于100A以上交流电流时，断路器分闸后触头间的电弧是在工频电流过零（即自然零点）时断弧，在这种情况下，等值电感中储藏的磁场能量为零，因此在切除过程中不会产生过电压。但切除空载变压器时，所切除的是变压器的空载电流，其值仅为额定电流的0.5%-4%，一般只有几安到几十安。断路器的灭弧能力显得异常强大，从而使空载电流未到零之前就因强制息弧而切断，也就是发生空载电流的突然"截断"。截流后，等值电感中储藏的磁场能量全部转变为等值电容的电场能量，从而产生了切空载变压器过电压。如图下图所示。
根据上图分析可知：切除空载变压器产生的过电压非常高，而中性点的绝缘水平又比较低，只有首端的一半，很容易造成损坏。另外，对于一侧有电源的受电变压器，当其开关非全相拉、合时，若其中性点不接地有以下危险： （1）变压器电源侧中性点对地电压最大可达相电压，这可能损坏变压器绝缘； （2）变压器的高、低压线圈之间有电容，这种电容会造成高压对低压的“传递过电压”； （3）当变压器高低压线圈之间电容耦合，低压侧会有电压达到谐振条件时，可能会出现谐振过电压，损坏绝缘。
4.2 对于低压侧有电源的送电变压器：
4.2.1 由于低压侧有电源，在并入系统前，变压器高压侧发生单相接地，若中性点未接地，则其中性点对地电压将是相电压，这可能损坏变压器绝缘；
4.2.2 非全相并入系统时，在一相与系统相联时，由于发电机和系统的频率不同，变压器中性点又未接地，该变压器中性点对地电压最高将是二倍相电压，未合相的电压最高可达2.73倍相电压，将造成绝缘损坏事故。所以，在投、切空载变压器时，必须合上变压器中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。
4．3 对于220KV变压器从中压侧向系统送电时，必须同时合上变压器中、高压侧中性点接地刀闸。因为，变压器的变比K=U1/U2=220/110=2，当合中压侧开关时，产生的过电压是其额定相电压的2.5倍时，则高压侧就变为5倍的相电压，这是变压器高压侧中性点无法承受的，所以，也必须推上变压器高压侧中性点地刀闸，只有这样，才能保证变压器中性点绝缘不被破坏。
5．保护配合:
对于110KV及以上的变压器，都装有零序电流方向保护，此电流取自变压器中性点零序CT，只有当变压器中性点地刀闸推上时，发生接地故障，中性点CT中才有零序电流流过，零序方向保护才能启动，快速将故障点切除，保护变压器中性点绝缘免遭损坏。
6结论：
按照国网公司十八项反事故措施第12条要求：切合110kV及以上有效接地系统中性点不接地的空载变压器时，应先将该变压器中性点临时接地。为防止在有效接地系统中出现孤立不接地系统并产生较高工频过电压的异常运行工况，110～220kV不接地变压器的中性点过电压保护应采用棒间隙保护方式。对于110kV变压器，当中性点绝缘的冲击耐受电压?185kV时，还应在间隙旁并联金属氧化物避雷器，间隙距离及避雷器参数配合应进行校核。间隙动作后，应检查间隙的烧损情况并校核间隙距离。所以,为防止过电压损坏变压器绝缘，特别是变压器中性点绝缘，应采取以下措施：
（1）操作110KV及以上空载变压器时，必须推上变压器中性点接地刀闸；
（2）安装变压器中性点过电压保护间隙，间隙旁并联金属氧化物避雷器；
（3）变压器应装设零序方向电流保护。
参考文献
（1）电力变压器技术问答；
（2）电气绝缘与过电压；
（3）國网公司十八项反事故措施。