变压器中性点的运用及保护

李荣

【摘 要】本文主要介绍了中性点的接地方式，使用方法及运用于变压器时的保护方式，中性点在电力系统的作用及其重要性。

【关键词】电力系统；中性点；接地方式；保护

电力系统中性点是指星形连接的变压器（或发电机）的中性点。中性点的运行方式涉及到绝缘水平、通讯干扰、接地保护方式、电压等级、系统接线等方面。电力系统中变压器中性点接地方式的选择合适不合适，关系着电网能否安全运行。

一、中性点接地方式

（一）中性点直接接地

中性点直接接地系统，也称大接地电流系统。这种系统中一相接地时，出现除中性点以外的另一个接地点，构成了短路回路，接地故障相电流很大，为了防止设备损坏，必须迅速切断电源，因而供电可靠性低，易发生停电事故。但这种系统上发生单相接地故障时，由于系统中性点的钳位作用，使非故障相的对地电压不会有明显的上升，因而对系统绝缘是有利的。

优点是绝缘方面减少了投资，因为在发生单相接地时，中性点电压为零，非故障相电压不升高，设备和线路对地电压可以按照相电压设计，从而降低了造价，减少了投资。缺点是供电可靠性较低：因为中性点直接接地系统发生单相接地时，短路电流很大，必须断开故障电路，中断对用户的供电，故供电可靠性较低。单相短路电流很大，中性点直接接地系统发生单相短路时，相当于将电源的正负极直接短路，故短路电流很大，可能须选用大容量的开关，增加了投资。

（二）中性点经消弧线圈接地

中性点经消弧线圈接地系统发生单相接地故障时，接地电流与故障点的位置无关。由于残流很小，接地电弧可瞬间熄灭，有力地限制了电弧过电压的危害作用。继电保护和自动装置、避雷器、避雷针等，只能保护具体的设备、厂所和线路，而消弧线圈却能使绝大多数的单相接地故障不发展为相间短路，发电机可免供短路电流，变压器等设备可免受短路电流的冲击，继电保护和自动装置不必动作，断路器不必动作，从而对所在系统中的全部电力设备均有保护作用。

（三）中性点不接地

我国大部分6～10kV和部分35kV高压电网采用中性点不接地运行方式。其主要特点是：当系统发生单相接地时，各相间的电压大小和相位保持不变，三相系统的平衡没有遭到破坏，因此，在短时间内可以继续运行。但是，为了防止故障扩大，造成相间短路；或者单相弧光接地时，使系统产生谐振而引起过电压，导致系统瘫痪，规定带故障点运行时间不得超过2h，这样较长时间带故障点运行给生产和调度造成很大的压力。

二、应用情况

我国110kV及以上电网一般采用大电流接地方式，即中性点有效接地方式（在实际运行中，为降低单相接地电流，可使部分变压器采用不接地方式），包括中性点直接接地和中性点经低阻接地。这样中性点电位固定为地电位，发生单相接地故障时，非故障相电压升高不会超过1.4倍运行相电压；暂态过电压水平也较低；故障电流很大，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。因此，大电流接地系统可使整个系统设备绝缘水平降低，从而大幅降低造价。

6～35kV配电网一般采用小电流接地方式，即中性点非有效接地方式。包括中性点不接地、高阻接地、经消弧线圈接地方式等。在小电流接地系统中发生单相接地故障时，由于中性点非有效接地，故障点不会产生大的短路电流，因此允许系统短时间带故障运行。这对于减少用户停电时间，提高供电可靠性是非常有意义的。

三、变压器中性点保护

情况1：当系统发生接地故障，中性点接地的变压器应装设零序电流保护，可由两段组成，每段各带两个时限，短时限动作于断开母联或分段断路器，缩小故障影响范围，长时限动作于断开变压器各侧断路器。

情况2：当系统发生接地故障，中性点接地的变压器跳开后，电网零序电压升高或谐振过电压等都会危及中性点不接地的变压器中性点绝缘。因此，中性点不接地的变压器应装设零序电压保护或间隙零序电流保护。

（一）分级绝缘变压器

大型变压器是电力生产的核心设备，由于其成本较高，故在110kV及以上的中性点直接接地的电网中，多采用分级绝缘的变压器。在实际运行中，部分变压器的中性点是直接接地的。但还有部分变压器的中性点不接地运行。所谓分级绝缘，就是变压器的线圈靠近中性点部分的主绝缘，其绝缘水平比线圈端部的绝缘水平低。分级绝缘变压器运行中应注意的问题：

1、分级绝缘变压器中性点一定要加装避雷器和防止过电压间隙；

2、如果条件允许，运行方式允许，分级绝缘变压器一定要中性点接地运行；

3、分级绝缘变压器中性点如果不接地运行，中性点过电压保护一定要可靠投入。

（二）变压器中性点配置关键原则

（1）在双母线运行时，应考虑当母联开关跳闸后，保证被分开的两个系统至少应有一台变压器中性点接地；

（2）变压器中、低压侧有电源时，则变压器中性点必须直接接地，以防止高压侧断路器跳闸，变压器成为中性点绝缘系统；

（3）发电机—变压器—线路组的主变压器中性点应保持接地运行。

（三）变压器中性点过电压的三种形式

（1）大气过电压

（2）单相接地故障引起的过电压

（3）断路器非全相分合闸引起的过电压（主要表现为电网中断路器的非同期重合闸、非全相动作、导线断线等）

（四）变压器中性点间隙保护的三种方式

可采用间隙、避雷器及避雷器联合放电间隙3种方式。变压器多采用避雷器联合放电间隙的保护方式。放电间隙采用棒—棒间隙，避雷器多配置为氧化锌避雷器。避雷器并联间隙的保护分工是工频、操作过电压由间隙承担，雷电、暂态过电压由避雷器承担，同时，又用间隙来限制避雷器上可能出现的过高幅值的工频过电压和过高的残压。这种方式既对变压器中性点进行保护，又起到互为保护的作用。

（五）变压器中性点间隙过流保护

放电间隙保护是由零序电压和零序电流并联组成，且电流定值比较灵敏，时间较短，没有与其他保护配合的关系。在直接接地状态时，如遇到外部故障，在中性点CT中就有零序电流流过，将造成间隙过流保护误动。在经间隙接地状态时，在发生接地故障时，在其他接地变跳开后，中性点零序电压将升高，使间隙零序电压保护动作。间隙击穿后，零序电流动作，保护不接地变压器的安全。间隙保护全称为变压器中性点间隙接地保护成套装置。主要用于110KV和220KV变压器中性点过电压保护。

（六）变压器零序电压保护

中性点放电间隙是一种较为粗糙的设备，因其放电电压受气象条件、调整精度以及连续放电次数的影响可能出现该动作而不能動作的情况。为此，还应装设零序电压保护，作为放电间隙拒动时的后备保护。

四、结论

中性点的接地方式关系到整个电力系统运行的稳定性，而相关的保护配置与配合关系到变压器设备的安全运行与绝缘。所以为了使电力系统安全稳定的运行，使我们有拥有一个坚强可靠的电力系统，我们还要继续我们的探索与追求。

【参考文献】

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