摘要：傳統的分級絕緣變壓器中性點過電壓保護按氧化鋅避雷器加水平棒間隙配置，在運行中未能達到滿意效果。對此，結合實例進行了分析，并提出了根據實際綜合考慮的分級絕緣變壓器中性點過電壓保護的有效方式。

國產110kV 變壓器一般采用分級絕緣結構，中性點絕緣有35kV，44kV，60kV 電壓等級，按原國標GB311—83《高壓輸變電設備的絕緣配合》和現行業標準DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定：雷電全波和截波耐受電壓分別為180kV，250kV，325kV;短時工頻耐受電壓(有效值)分別為85kV，95 kV，140kV。電力系統中110kV有效接地系統，為了限制單相接地短路電流、防止通信干擾和滿足繼電保護整定配置等要求，大部分110kV變壓器分級絕緣中性點是不直接接地運行的。

對于中性點不接地的分級絕緣變壓器，當雷電波從線路侵入變壓站到達變壓器中性點以及系統單相接地、非全相運行，特別是伴隨產生變壓器勵磁電感與線路對地電容諧振時，會產生較高的雷電過電壓或工頻穩態過電壓，對分級絕緣變壓器中性點構成威脅，甚至使絕緣損壞。因此，分級絕緣變壓器中性點的過電壓保護通常采用FZ#-#40型避雷器或氧化鋅避雷器加并聯水平棒間隙的保護方式。但運行經驗表明，這種保護方式未能達到滿意效果，存在許多需商榷之處。本文將結合實例對該配置方式給系統運行帶來的一些問題進行綜合分析。

1運行實例分析

1998年6月24日11時55分，雷擊110kV柴桂線40號塔附近，通過中山電力工業局雷電定位系統觀測，其雷電流幅值達負極性54.3kA，回擊三次，導致柴桂線(中山柴油機發電二廠側)短線接地距離工段保護動作，開關跳閘、重合成功。但同時，因110kV系統瞬時單相接地及雷電波入侵環城站 1號主變壓器中性點，造成水平棒間隙放電擊穿，并導致110kV環桂線(環城站側)零序工段保護動作，開關跳閘(重合閘保護未投)，使110kV環城站，板芙站失壓。

事故后調查發現，110kV五桂山站、環城站主變壓器中性點(不接地運行)水平棒間隙(110mm)放電擊穿，中性點氧化鋅避雷器(Y1W-55/140型)動作。很顯然，按當時系統運行方式和故障錄波圖分析，110kV 環桂線零序工段保護動作，是由于環城站主變壓器中性點水平棒間隙放電擊穿，使系統零序阻抗參數發生改變，根據繼電保護專責按事故方式下核算最大零序電流約12 A，大于其整定值7A，躲不過零序故障電流而造成110kV環桂線(環城站側開關跳閘。事故時，110kV柴桂線五桂山站側零序保護未投，否則，類似情況同樣出現。

對于分級絕緣變壓器中性點過電壓保護，采用氧化鋅避雷器加并聯水平棒間隙的配置方式，其兩者的配合原則是：避雷器承擔雷電過電壓保護，當系統發生單相接地故障及開關單相重合閘過程中水平棒間隙不應放電動作;只有當系統失地，且出現系統非全相運行或諧振故障時，水平棒間隙可靠動作，保護變壓器中性點絕緣及線端設備的絕緣，防止避雷器因通流容量不夠發生爆炸。但通過多年的運行實踐證明，避雷器與水平棒間隙的配合相當困難，其不足之處在于：

a)在防雷保護時，以Y1W-55/140型氧化鋅避雷器為例，其標稱放電電流 1 kA下雷電沖擊殘壓為 109 kV，按主變壓器中性點最低35kA級沖擊絕緣水平考慮，其絕緣保護裕度因數達1.51足夠。但 110 mm 水平棒間隙50%操作沖擊放電電壓(峰值)約110～120kV，事故時受雷電環境條件分散系數的影響，更接近避雷器的沖擊殘壓水平，這就有可能使得避雷器動作的同時，水平棒間隙也放電擊穿，尤其在雷擊輸電線路導致系統瞬時單相接地時，造成繼電保護誤動。根據近三年的運行事故統計，中山電力局類似的情況還出現六次之多。

b)當系統發生單相接地，分級絕緣變壓器中性點出現各種暫態或穩態過電壓，一般情況下，氧化鋅避雷器和水平棒間隙都不應動作，運行經驗表明該配合方案并未滿足條件要求。110mm 水平棒間隙工頻放電電壓約58.4kV(有效值)，而從中山電力局幾次事故時的故障錄波圖分析以及過電壓理論估算，實際出現在主變壓器中性點處的工頻過電壓應低于該數值，但110mm水平棒間隙仍放電擊穿。由于用作間隙的棒直徑大小差異和間隙棒頭未經技術老煉，其工頻放電電壓低于研究所得到的測量值是完全可能的，那么實際運行中也就導致了棒間隙的動作頻繁以及繼電保護誤動的可能性增大。

2分級絕緣變壓器中性點的過電壓保護方式

按電力行業標準DL/T620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定，對于分級絕緣變壓器中性點的過電壓保護方式可分為兩類情況考慮：

a)有效接地系統中的中性點不接地的變壓器，就在中性點裝設雷電過壓保護裝置，且宜選變壓器中性點金屬氧化物避雷器。

對于中性點絕緣為60kV電壓等級的變壓器，選用 HY1.5W5-72/186 型復合外套式氧化鋅避雷器或 HY1C4-73/175型復合外套式串聯間隙氧化鋅避雷器，其雷電過電壓下的安全裕度因數可達1.6左右。且由于避雷器額定工作電壓較高，足以保證當系統發生單相接地故障引起工頻電壓升高時，避雷器不動作，避免了因通流容量不夠發生爆炸的可能性。

對于中性點絕緣為35 kV，44kV電壓等級的變壓器，選用 HY1C4-60/134型復合外套式串聯間隙氧化鋅避雷器，其雷電過電壓下的安全裕度因數為1.2以上，該型避雷器工頻放電電壓(有效值)不小于95kV，因此，可較長時間承受中性點處工頻過電壓而不發生誤動作。

取消加并聯水平棒間隙的保護方式，可避免因水平棒間隙頻繁動作造成繼電保護誤動的可能性，減少了不必要的停電損失，也提高了電力系統穩定和供電可靠性。

b)對可能形成系統失地且低壓側有電源的分級絕緣變壓器不接地的中性點應裝設間隙。因接地故障形成局部不接地系統時該間隙應動作;系統以有效接地方式運行發生單相接地故障時間隙時間隙不動作。間隙距離的選擇除應滿足上述兩項要求外，還應兼顧雷電過電壓下保護變壓器中性點標準分級絕緣的要求。

分級絕緣變壓器帶故障失地及開關非全相操作所產生的工頻過電壓有可能危及變壓器中性點絕緣，避雷器因通流容量不足難以限制這種工頻過電壓。因此，必須采用棒間隙保護。對于中性點絕緣為60kV 絕緣等級，采用140mm 水平棒間隙保護，其雷電沖擊保護比和操作沖擊保護比均有足夠的裕度，且滿足過電壓規程的技術要求。但對于90雷暴日左右的多雷區域，雷過電壓使水平棒間隙頻繁動作導致主變壓器失壓或繼電保護誤動的問題得不到有效的解決。筆者認為采用HY1C4-73/175型復合外套式串聯間隙氧化鋅避雷器并聯與之配合，能收到較好的效果。該型避雷器的工頻放電電壓(有效值) 95kV，1.2/50s沖擊放電電壓(峰值120kV)，工頻耐受電壓不小于(有效值)73kV，而140mm 間隙的工頻放電電壓上限值71kV，沖擊放電電壓下限值129kV，足見其配合是可行的。使用水平棒間隙保護時應加裝間隙零序保護，即在棒間隙接地端串有TA作為零序信號抽取，當水平棒間隙擊穿放電時，帶時限切斷變壓器開關，防止截波作用危及變壓器層、匝間絕緣或其它運行設備。

對于中性點絕緣為35kV，44kV電壓等級的變壓器，其標準雷電沖擊全波和截波分別為 180 kV，250 kV，取絕緣老化累積因數0.85，則變壓器中性點沖擊耐受水平約 153kV，若采用120mm 水平棒間隙，其沖擊放電電壓上限值為154.7kV，因此，必須加氧化鋅避雷器承擔外過電壓。考慮水平棒間隙動作的擊穿電壓值受大氣環境條件的影響及其它因素，根據理論計算，選用125mm水平棒間隙與并聯 HY1C4-60/134 型復合外套式串聯間隙氧化鋅避雷器配合的方式，較為適宜。棒間隙的配置，可使用16mm 圓鋼，端部半球形，表面加工細致無毛刺并安裝時進行加電壓技術老煉，提高運行后數據的準確性，這一點非常重要。

3結論

a)以往對于分級絕緣變壓器中性點過電壓保護，采用避雷器與水平棒間隙的配置方式，由于參數配合困難，存在不足之處，給系統運行帶來一些問題。

b)110kV 系統不失地時，中性點不接地的分級絕緣變壓器，可在中性點裝設相應技術參數的氧化鋅避雷器。

c)對可能形成系統失地且低壓側有電源的分級絕緣變壓器不接地的中性點，采用合理的水平棒間隙與并聯復合外套式串聯間隙氧化鋅避雷器配合方式較為適宜。

d) 使用水平棒間隙保護時應加裝間隙零序保護，有利于防止因間隙擊穿放電的截波作用危及變壓器層、匝間絕緣或其它運行設備。