一種主變壓器中性點過電壓保護裝置製造方法
2023-05-13 09:30:51
一種主變壓器中性點過電壓保護裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種主變壓器中性點過電壓保護裝置，其特徵在於：包括底座，以及安裝在底座上的暫態高頻過電壓吸收保護單元和棒間隙工頻過電壓保護單元，暫態高頻過電壓吸收保護單元和棒間隙工頻過電壓保護單元並聯設置。暫態高頻過電壓吸收保護單元中，採用避雷器與電容器組合，將中性點避雷器分為上下兩節串聯，下節避雷器與電容器並聯，利用電容對高頻暫態高頻過電壓的旁路吸收能力，在維持避雷器工頻殘壓高於棒間隙工頻放電電壓上限的前提下，雷電和操作殘壓較目前常用的中性點避雷器低40%，與目前普遍使用的棒間隙與避雷器並聯的中性點保護產品比較，棒間隙在雷電入侵時頻繁放電導致繼電保護不正常動作切除主變壓器的情況將會得到顯著改善。
【專利說明】一種主變壓器中性點過電壓保護裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種變壓器保護裝置，特別涉及一種主變壓器中性點過電壓保護
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]110kV、220kV是供電網絡的主要電壓等級，由於繼電保護整定配置及防止通訊幹擾等方面的要求，為了限制單相短路電流，其中有部分變壓器採用中性點不接地方式。在這種運行方式下，由於雷擊、單相接地短路故障等會造成中性點過電壓，而且變壓器大多是分級絕緣，因此過電壓對中性點的絕緣造成很大威脅，必須對其設置保護裝置防止事故發生。
[0003]110kV、220kV系統正常運行時為有效接地系統，部分主變壓器不接地，中性點過電壓不高，發生單相接地故障時如果部分主變構成的局部系統解列為非有效接地系統甚至不接地系統的異常運行工況，可能會出現不接地系統常見的弧光接地、鐵磁諧振等危險的過電壓，主變壓器中性點的避雷器不能耐受，要求採用棒間隙保護，由於棒間隙不能長時間耐受短路電流，須由棒間隙的放電電流延時啟動繼電保護切除失地的變壓器，棒間隙的放電電壓具有統計特性，分散性較大，放電時有截波過電壓，棒間隙在放電過程中的燒損會使間隙的放電特性發生變化。
[0004]對於分級絕緣變壓器中性點過電壓保護，採用避雷器加並聯棒間隙的配置方式，其兩者的配合原則是:避雷器承擔雷電過電壓和正常運行工況的操作過電壓保護，當系統發生單相接地故障及開關重合閘過程中棒間隙不應放電動作，避雷器的衝擊殘壓應小於棒間隙衝擊放電電壓下限；只有當系統失地的異常工況，且出現系統非全相運行或諧振故障時，棒間隙應可靠動作，保護變壓器中性點絕緣及線端設備的絕緣，防止避雷器爆炸；避雷器不能耐受超過其額定電壓的工頻過電壓，棒間隙的工頻放電電壓上限需小於避雷器的額定電壓；這種保護原則的出發點是以避雷器作為正常運行工況下雷電和操作過電壓的主保護，而棒間隙作為後備保護，一旦出現異常工況，棒間隙放電保護避雷器。但棒間隙的放電電壓本身具有統計特性，並且受間隙幾何結構以及氣象因素的影響很大，上述的理想配合難度大，配合不好會導致棒間隙在正常運行工況的接地故障時放電，尤其在雷電天氣時頻繁放電，將導致系統零序參數的變化，給繼電保護的整定帶來不確定因素，可能使繼電保護髮生不正常動作；棒間隙頻繁放電對棒極頭部的燒損會改變間隙的放電特性，需要更換維護。
[0005]這種配合方式在雷電天氣時棒間隙經常在正常系統接地工況下發生放電，究其原因:1)避雷器額定電壓高，衝擊殘壓大；2)棒間隙距接地體距離太近，衝擊放電電壓受空間電容影響大，衝擊放電係數低，正極性操作波放電電壓的降低尤其明顯；3)棒間隙放電分散性大，受氣候因素影響大，大雨天氣水平棒間隙的工頻放電電壓下降5?10%。
[0006]110,220 kV系統不能在失地的異常工況下長時間運行，220kV變壓器中性點的棒間隙的工頻放電電壓應介於87kV和121kV之間，前者是系統有效接地的正常工況下發生單相接地故障時中性點可能出現的最高短時工頻過電壓穩態有效值，後者是線端80%避雷器工頻耐受能力對應的中性點電壓值；為避免間隙頻繁放電，一般採用增大間隙距離的方式，但棒間隙工頻放電電壓的上限須與延時動作的中性點零序過電壓保護配合，滿足線端避雷器不能老化的要求。即:發生單相接地時，線端避雷器承受的工頻過電壓不能超過避雷器額定電壓的1.1倍，對應的中性點電壓即為棒間隙工放上限。
[0007]常用的220kV=中性點避雷器Yl.5W144/320型額定電壓144kV接近系統失地時的中性點最大工頻過電壓穩態值(145kV)，滿足變壓器中性點的絕緣配合要求，但額定電壓高，殘壓高，與棒間隙的配合很不理想。目前與避雷器並聯的220kV中性點棒間隙一般推薦為290mm，工頻放電電壓範圍為104?125kV，上限超過220kV線端避雷器的工頻耐受極限水平(220kV線端避雷器是按照80%線電壓原則選取的，額定電壓為200kV，中性點電壓121kV時線端電壓220kV，為避雷器額定電壓的1.1倍)，間隙取值已經較高。即使如此，避雷器的雷電殘壓仍大於棒間隙的雷電衝擊放電電壓，144 kV避雷器的1.5kA殘壓為320 kV, 290mm棒間隙的負極性雷電衝擊放電電壓上限約250kV，正極性約230kV，操作衝擊正極性放電電壓更低，間隙在避雷器雷電和操作殘壓下的放電是大概率事件，這是目前運行的220kV變壓器中性點棒間隙頻繁放電的主要原因。
[0008]為避免間隙頻繁放電，有些運行單位將間隙距離調得過大，只考慮滿足主變中性點絕緣配合的要求，但忽視了線端絕緣配合的要求，一旦發生失地故障，線端避雷器可能老化甚至損壞，絕緣配合是有漏洞的。220kV中性點單獨使用棒間隙時，目前一般資料推薦275mm,工頻放電電壓為99?120kV，滿足絕緣配合要求，但沒有避雷器，雷電過電壓波在中性點將發生全反射，過電壓幅值更高，棒間隙的放電概率也更高了，所以並聯避雷器是必要的。
[0009]綜合以上的分析，普通避雷器無法與間隙理想配合，從故障報導也反映在運行中220kV主變棒間隙頻繁放電的問題較普遍。
[0010]另外，棒間隙的伏秒特性主要受間隙的幾何結構即電場分布的影響。電場分布情況對操作衝擊放電電壓影響很大，接地體靠近放電間隙會顯著降低其正極性擊穿電壓，存在顯著的「鄰近效應」，和「極性效應」。增加間隙對地距離可以提高間隙對空間的幾何對稱性，提高正極性操作衝擊放電電壓；從故障報導反映220kV主變棒間隙不正常動作的情況較普遍，目前的主流廠家忽視了垂直接地體對棒間隙放電特性的影響，為縮小設備體積，棒極的長度都取的較短，帶電體和接地體對間隙電場的均壓作用使棒間隙的衝擊係數降低，正極性操作波放電電壓下限甚至低於工頻放電電壓峰值下限，可能導致操作過電壓下的放電，在一些無雷電的機械原因接地故障時也發生過棒間隙的放電，證明了這一點，一般來說操作過電壓都伴隨接地，因此雷電的接地也伴隨操作過電壓,這使衝擊放電係數低的正極性操作過電壓出現的概率很高。雷電過電壓一般85%為負極性波，但雷電流經過變壓器繞組到達中性點時變為一個高頻振蕩波，其正極性半峰值可能遠大於操作過電壓的幅值，按負極性雷電衝擊係數核算棒間隙的雷電放電電壓也有一定問題。為了避免棒間隙頻繁放電，需要儘量降低避雷器的雷電和操作殘壓同時改善棒間隙的放電特性。增加棒極長度可以改善棒間隙的放電特性，但同時會使設備體積大幅度增加，採用垂直棒間隙可以有效利用中性點避雷器的支撐高度滿足間隙對地距離的要求而不增加底座長度，降低製造、包裝、運輸、安裝的成本，但垂直棒間隙易被汙雨柱短接，較少使用。
[0011]在運行中，因棒間隙頻繁動作導致的繼電保護不正常動作在雷電天氣時有發生，因此如何改善主變中性點過電壓保護裝置的特性，提高主變壓器的供電可靠性是供電部門十分關心的問題。經檢索相關文獻，有部分關於主變壓器中性點過電壓保護裝置的報導，但未發現與本專利相似或相同的技術方案。
【發明內容】
[0012]本實用新型要解決的技術問題是提供一種能夠避免220kV主變棒間隙在雷電天氣頻繁放電的主變壓器中性點過電壓吸收保護裝置。
[0013]為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案為:一種主變壓器中性點過電壓保護裝置，其創新點在於:包括底座，以及安裝在底座上的暫態高頻過電壓吸收保護單元和棒間隙工頻過電壓保護單元，所述暫態高頻過電壓吸收保護單元和棒間隙工頻過電壓保護單元並聯設置。
[0014]優選的，所述暫態高頻過電壓吸收保護單元包括串聯的的上節避雷器和下節避雷器，以及與下節避雷器並聯的電容器；所述棒間隙工頻過電壓保護單元包括相對設置的第一棒極、第二棒極，以及安裝在底座上的電流互感器，電流互感器的P1端子與第二棒極電連接，電流互感器的P2端子接地；且棒間隙工頻過電壓保護單元的工頻放電電壓上限小於上節避雷器和下節避雷器的額定電壓之和的1.1倍。
[0015]優選的，所述下節避雷器安裝在底座上，上節避雷器安裝在下節避雷器的上端子上，電容器的一個端子與下節避雷器中的上端子連接，電容器的另一個端子與計數器連接；所述第二棒極與第一棒極在一條垂線上相對設置構成垂直間隙，所述第一棒極上設置有矽橡膠傘裙。
[0016]優選的，所述上、下節避雷器為金屬氧化物避雷器，上節避雷器的額定電壓為84kV，1.5kA殘壓小於180kV ;下節避雷器額定電壓30 kV，1.5kA殘壓小於62kV ;電容器容量為l.0yF。
[0017]優選的，所述第一棒極、第二棒極配對組成的垂直棒間隙工頻50%放電電壓有效值為l1kv，第一棒極長度500mm，第二棒極長度750mm。
[0018]本實用新型的優點在於:
[0019]採用避雷器與電容器組合，將中性點避雷器分為上下兩節串聯，下節避雷器與電容器並聯，利用電容對高頻暫態高頻過電壓的旁路吸收能力，在維持避雷器工頻殘壓高於棒間隙工頻放電電壓上限的前提下，雷電和操作殘壓較目前常用的中性點避雷器Yl.5W144/320低40%，可以滿足與棒間隙伏秒特性的配合要求；電容器、避雷器的組合結構設計和參數選擇以及棒間隙的結構設計使避雷器的衝擊殘壓低於棒間隙的衝擊放電電壓下限，而工頻殘壓高於棒間隙的工放電壓上限，在正常的中性點有效接地系統工況下雷電和操作時棒間隙不動作。與目前普遍使用的棒間隙與避雷器並聯的中性點保護產品比較，棒間隙在雷電入侵時頻繁放電導致繼電保護不正常動作切除主變壓器的情況將會得到顯著改善。
[0020]其原理為:避雷器分為上下兩節，電容器與下節避雷器並聯，由於兩節避雷器的電壓分布極不均勻，過電壓作用下上節避雷器先動作導通，雷電和操作時變壓器繞組需按分布參數考慮，波阻抗遠大於工頻時的短路阻抗，此時從中性點看入的是一個電流源，這個電流源通過上節避雷器的導通阻抗(很小可忽略不計)對電容器充電，由於雷電和操作波波頭能量都很小，電容器的充電電壓很低，選擇合適的電容量，電容器的充電電壓可控制在上節避雷器殘壓的5%以內，作用在棒間隙兩端的電壓近似為上節避雷器的殘壓。對於中性點工頻過電壓，從中性點看入的阻抗很小，等值為一個電壓源，工頻半波的能量遠大於雷電和操作，電容器的充電電壓上升至下節避雷器的額定值時下節避雷器開始導通，上下節避雷器殘壓疊加在棒間隙的兩端，使棒間隙放電，棒間隙工頻放電電壓上限小於上下節避雷器額定電壓之和的1.1倍，滿足避雷器工頻短時耐受特性與中性點零序過電壓保護時延的配合要求。
[0021]相關文獻中顯示:水平棒間隙在大雨天氣下放電電壓下降5?8%，而本實用新型採用垂直棒間隙並在間隙上方裝設了矽橡膠傘裙，避免雨水短接棒間隙，減小了棒間隙在雷雨天氣的放電概率，同時減小了雨滴對間隙放電電壓的影響。垂直棒間隙可以有效利用避雷器的支撐高度，提高間隙的對地距離，減小接地體對放電電壓的「鄰近效應」，提高了棒間隙的衝擊放電係數，但沒有增加設備的安裝佔地。由於220kV中性點棒間隙間隙距離大，得到同樣的衝擊係數要求棒極對地的距離也更大，這一點對220kV中性點成套裝置尤其重要，達到同樣的間隙對地距離，採用垂直棒間隙比水平棒間隙的設備底座長度縮短約lOOOmrn。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型中主變壓器中性點過電壓保護裝置結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，包括底座5，以及安裝在底座5上的暫態高頻過電壓吸收保護單元a和棒間隙工頻過電壓保護單元b，暫態高頻過電壓吸收保護單元a和棒間隙工頻過電壓保護單元b並聯設置。
[0024]其中，暫態高頻過電壓吸收保護單元包括串聯的的上節避雷器6和下節避雷器7，以及與下節避雷器7並聯的電容器2。棒間隙工頻過電壓保護單元包括相對設置的第一棒極10、第二棒極9，以及安裝在底座上的電流互感器1，電流互感器1的P1端子與第二棒極9電連接，電流互感器1的P2端子接地；且棒間隙工頻過電壓保護單元的放電電壓上限小於上節避雷器和下節避雷器的額定電壓之和的1.1倍。
[0025]為縮小整個保護裝置的體積，作為本實用新型更具體的實施方式:
[0026]上節避雷器6和下節避雷器7採用垂直布置方式:下節避雷器7安裝在底座5上，上節避雷器6安裝在下節避雷器7的上端子上，電容器2的一個端子通過軟絞線3與下節避雷器7的上端子連接，電容器2的另一個端子與計數器4連接，計數器4另一端接地。
[0027]第一棒極10和第二棒極9米用垂直布置方式:第一棒極10通過導電支架8與上節避雷器6電連接並懸掛在第二棒極9的正上方,第二棒極9與第一棒極10在一條垂線上相對設置構成垂直間隙，同時，第一棒極10上設置有矽橡膠傘裙11，避免雨水短接棒間隙，同時減小了雨滴對間隙放電電壓的影響，減小了棒間隙在雷雨天氣的放電概率。
[0028]作為本實用新型的優選方案:本實施例中，第一棒極10、第二棒極9配對組成的垂直棒間隙工頻50%放電電壓有效值為llOkV，第一棒極10長度500mm，第二棒極9長度750mmo
[0029]本實施例中，上、下節避雷器為金屬氧化物避雷器，上節避雷器6的額定電壓為84kV，1.5kA殘壓小於180kV;下節避雷器7額定電壓30 kV，1.5kA殘壓小於62kV ;電容器容量為l.0yF。本領域技術人員應當了解，這裡僅僅是示例性的，不是局限性的。
[0030]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種主變壓器中性點過電壓保護裝置，其特徵在於:包括底座，以及安裝在底座上的暫態高頻過電壓吸收保護單元和棒間隙工頻過電壓保護單元，所述暫態高頻過電壓吸收保護單元和棒間隙工頻過電壓保護單元並聯設置。
2.根據權利要求1所述的主變壓器中性點過電壓保護裝置，其特徵在於: 所述暫態高頻過電壓吸收保護單元包括串聯的的上節避雷器和下節避雷器，以及與下節避雷器並聯的電容器； 所述棒間隙工頻過電壓保護單元包括相對設置的第一棒極、第二棒極，以及安裝在底座上的電流互感器，電流互感器的Pl端子與第二棒極電連接，電流互感器的P2端子接地； 且棒間隙工頻過電壓保護單元的工頻放電電壓上限小於上節避雷器和下節避雷器的額定電壓之和的1.1倍。
3.根據權利要求2所述的主變壓器中性點過電壓保護裝置，其特徵在於:所述下節避雷器安裝在底座上，上節避雷器安裝在下節避雷器的上端子上，電容器的一個端子與下節避雷器中的上端子連接，電容器的另一個端子與計數器連接；所述第二棒極與第一棒極在一條垂線上相對設置構成垂直間隙，所述第一棒極上設置有矽橡膠傘裙。
4.根據權利要求2或3所述的主變壓器中性點過電壓保護裝置，其特徵在於:所述上、下節避雷器為金屬氧化物避雷器，上節避雷器的額定電壓為84kV，1.5kA殘壓小於ISOkV ；下節避雷器額定電壓30 kV，1.5kA殘壓小於62kV;電容器容量為l.0yF。
5.根據權利要求2或3所述的主變壓器中性點過電壓保護裝置，其特徵在於:所述第一棒極、第二棒極配對組成的垂直棒間隙工頻50%放電電壓有效值為IlOkV,第一棒極長度500mm,第二棒極長度750mm。
【文檔編號】H02H9/04GK204068235SQ201420438754
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】齊進 申請人:齊進