110kV变压器中性点过电压保护的完善_李荣华
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当 110kV 系 统 在 正 常 运 行 方 式 下 发 生 单 相 接 地故障时(k≤3), 考虑系统最高运行电压为 115％Un， 查表 3 可知， 不接地变压器中性点稳态电压最高值 U0=43.8kV，小于变压器中性点绝缘允许长期施加的 工 频 电 压 （1.15×44kV=50.6kV）， 也 小 于 MOA 额 定 电压；暂态最大电压 uom=92.9kV，大大低于中性点冲 击耐压水平 212.5kV，也低于 MOA 的操作波冲击残 压 137kV。 此 时 ， 对 中 性 点 绝 缘 不 会 构 成 威 胁,对 MOA 也没什么影响。
母线分段开关跳闸而该变压器开关拒动， 便使得低
压侧带有电源、 中性点不接地的变压器形成了一个
局部不接地系统，其不平衡系数 k→∞，且此时接地
故障仍然存在于该局部绝缘系统中， 则该变压器中
第 46 卷
性点的稳态位移电压将上升到相电压， 该电压对于 中性点绝缘较低的变压器威胁很大， 对线端设备绝 缘也很不利，因此应采取措施加以保护。此时不接地 中 性 点 上 的 稳 态 和 暂 态 过 电 压 仍 然 可 用 式 （1） 和 式 （2）计算，只是这时的不平衡系数 k→∞。 3.2.3 非全相运行时
2 变压器中性点过电压保护现状
巴 陵 石 化 动 力 厂 110kV 变 电 所 是 该 厂 电 气 系 统与外部电力网的唯一连接点， 两台主变 （Dyn 接 法、6kV/110kV）是影响该厂供电的重要主设备。 如 图 1 所示， 正常情况下两台主变并联运行, 一条 110kV 线路运行、另一条备用，运行线路对应侧的主 变中性点接地,另一台中性点不接地。 其 110kV 主变 为分级绝缘,中 性 点 绝 缘 等 级 为 44kV，绝 缘 水 平 为 LI480AC200-LI250AC95/LI60AC25，详见表 1。 该厂 110kV 主变中性点采用氧化锌避雷器进行保护，具 体过电压保护配置见图 1 中实线部分， 中性点氧化 锌避雷器有关参数见表 2。
中图分类号：TM401＋．1
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2009）08－0025－05
Improvement of Overvoltage Protection of 110kV Transformer Neutral Point
LI Rong蛳hua
（Hunan Institute of Science & Technology, Yueyang 414000, China）
李荣华：110kV 变压器中性点过电压保护的完善
27
MOA 泄漏电流剧增，加速 MOA 发热老化，影响其性 能及寿命, 甚至可能由于工频过电压较长时间的作 用引起 MOA 爆炸损坏。
考虑到双端电源，开关发生非全相操作，不接地 变压器中性点工频过电压更高， 达 1.8U准～2.5U准，尽 管这种情况很少见，但在实际系统中，国内外都曾发 生过，并引起避雷器爆炸，即使是牺牲了避雷器，变 压器中性点也不能免于损坏。
100%Un 38.1 115%Un 43.8
63.5
80.8
135 114.3～158.8
73.0
92.9
155 131.5～182.6
注：①Un 为系统额定电压；②变压器绕组为纠结式。
4 中性点现有 MOA 的防护能力评析
该厂 110kV 主变中性点目前配置的是 Y1W-60 型 MOA，其 标 准 雷 电 波 残 压 为 144kV，大 大 低 于 变 压 器 中 性 点 雷 电 冲 击 耐 压 水 平 212.5kV (见 表 1)， MOA 能够很好地防护雷电过电压的冲击。
（3） 当 系 统 因 单 相 接 地 故 障 转 变 为 中 性 点 不 接 地 的 局 部 孤 立 系 统 (k→∞)、 系 统 非 全 相 运 行 , 致 中 性 点上出现较高电位时，棒间隙应能可靠动作，以保护 变压器中性点及线端设备， 同时应改变孤立绝缘系 统的运行方式。
（4） 其 雷 电 冲 击 放 电 电 压 应 低 于 中 性 点 绝 缘 冲 击耐压水平。 5.2 棒间隙放电特性
下中性点过电压的稳态值和暂态值为：
3.2.2
U0=0.6U准
（3）
uom=0.85rU准
（4）
变压器低压侧有电源的局部不接地系统带有
单相接地
由于主变低压侧母线上接有发电机 （见图 1），
当 110kV 系 统 在 中 性 点 不 接 地 变 压 器 侧 发 生 单 相
接地故障时，变压器零序电压保护动作。 如果 110kV
但是， 如果由于单相接地故障而形成局部不接 地 系 统 时 (k→∞)， 不 接 地 变 压 器 中 性 点 上 的 稳 态 电 压 分 别 达 63.5kV 及 73.0kV（见 表 3），要 超 过 MOA 额 定 电 压 及 工 频 参 考 电 压 ( 均 为 60kV), 将 引 起
第8期
另外， 单相接地故障转变为局部不接地的孤立 系统时， 不管是 Y1W-60/144 型 MOA, 还是为提高 MOA 额定电压选用 Y1W-73/176 型 MOA， 都未能 解决因故障而形成孤立不接地系统时， 中性点长时 间承受高达 63.5kV～73.0kV 的工频过电压 问 题 ，而 变压器中性点绝缘允许长期承受的工频电压只有 1.15×44kV=50.6kV。 而且非故障相电压升高到线电 压，这将对线端设备造成威胁，同时引起母线上的电 压互感器饱和，如果参数巧合，还会引起磁饱和过电 压，烧毁电压互感器等设备，造成更大事故。
电力系统
502
110kV 510
504 500
520
1号T 2号T
6kV 1号G
2号G
3号G
图 1 110kV 系统主接线图 Fig.1 Main connection diagram of 110kV system
表 1 110kV 变压器中性点绝缘水平 Table 1 Neutral insulation level of 110kV transformer
表 3 110kV 变压器不接地中性点过电压值
Table 3 Overvoltages of 110kV transformer without
neutral earth
kV
系统运行 电压
单相接地稳态电压
（ 有 效 值 ）U0
k=3
k→∞
单相接地暂态 电 压 （ 峰 值 ）U0m k=3 k→∞
系统非全相 运行稳态 电压 U0
第 46 卷 第 8 期 2009 年 8 月
TRANSFORMER
Vol．46 No．8 August 2009
110kV 变压器中性点过电压保护的完善
李荣华
（湖南理工学院，湖南 岳阳 414000）
摘要：对 110kV 变压器中性点过电压保护现状进行了分析计算。
关键词：变压器；中性点过电压；保护
中性点 雷电冲击耐受电压峰值/kV 短时工频耐受电压有效值/kV
绝缘等级 标称 考虑绝缘老化
标称
考虑绝缘老化
/kV
耐压值
系数 0.85
耐压值
系数 0.85
44
250
212.5
95
80.75
3 不接地变压器中性点过电压分析
3.1 雷电过电压
26
表 2 中性点 MOA 参数 Table 2 Neutral MOA parameters
当 于 波 头 15μs～25μs 的 操 作 冲 击 波[1]，中 性 点 暂 态
过电压最大值（峰值）为：
uom= 姨 2 krU准/(k+2)= 姨 2 rU0
（2）
式中 r— ——变压器振荡系数，连续式绕组ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1.8，纠
结式绕组取 1.5
在有效接地系统中，一般 k≤3，当 k=3 时过 电
压最为严重，由式（1）和式（2）可得，在这种极限情况
考虑到双端电源， 线路断线或开关发生三相非 同期操作导致非全相运行时, 会出现变压器与系统 仅有一相或两相相连，甚至可能发生谐振，不接地变 压器中性点过电压可高达 1.8U准～2.5U准。 3.2.4 中性点过电压计算值
对 于 110kV 系 统 以 正 常 有 效 接 地 方 式 运 行 时 发生单相接地故障（取 k=3 的极端情形）、出现带单 相 接 地 故 障 的 局 部 不 接 地 系 统 （k→∞） 以 及 发 生 非 全相运行三种情况， 不接地变压器中性点过电压计 算结果列于表 3。
总之， 变压器中性点上的 MOA 能较好地起到 限制雷电过电压的作用， 而对因单相接地使变压器 转变成孤立不接地系统以及系统非全相运行时所产 生的工频过电压却无能为力，甚至可能损坏 MOA。
5 完善措施— ——棒间隙保护
综上分析，笔者提出下述完善措施：在变压器中 性点上另加棒间隙保护（如图 1 中虚线所示），这样， 中性点上可有两种过电压保护配置方式， 即单独棒 间隙保护和棒间隙并联 MOA 保护。 对于棒间隙并 联 MOA 的保护方式， 由于间隙与 MOA 参数选择、 配合困难，从简化设备及减少误动的角度出发，一般 不推荐使用，更何况过电压保护规程《交流电气装置 的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997） 也没 有推荐使用。 因此笔者推荐采用单独棒间隙保护方 式。 下面就保护方式的棒间隙选择进行计算分析。 5.1 棒间隙选择原则
根据相关试验资料， 部分间隙距离的棒间隙放 电特性见表 4(已换算至标准大气条件)。
型号
额定电压
残 压 峰 值 /kV
/kV
雷电波 操作波
参 考 电 压 /kV
直流
工频
Y1W-60 60
≤144 ≤137 ≥86
≥60
当雷电波从线路侵入变电所到达变压器不接地
中性点时， 对于三相同时进波, 就相当于末端开路
母线分段开关跳闸而该变压器开关拒动， 便使得低
压侧带有电源、 中性点不接地的变压器形成了一个
局部不接地系统，其不平衡系数 k→∞，且此时接地
故障仍然存在于该局部绝缘系统中， 则该变压器中
第 46 卷
性点的稳态位移电压将上升到相电压， 该电压对于 中性点绝缘较低的变压器威胁很大， 对线端设备绝 缘也很不利，因此应采取措施加以保护。此时不接地 中 性 点 上 的 稳 态 和 暂 态 过 电 压 仍 然 可 用 式 （1） 和 式 （2）计算，只是这时的不平衡系数 k→∞。 3.2.3 非全相运行时
2 变压器中性点过电压保护现状
巴 陵 石 化 动 力 厂 110kV 变 电 所 是 该 厂 电 气 系 统与外部电力网的唯一连接点， 两台主变 （Dyn 接 法、6kV/110kV）是影响该厂供电的重要主设备。 如 图 1 所示， 正常情况下两台主变并联运行, 一条 110kV 线路运行、另一条备用，运行线路对应侧的主 变中性点接地,另一台中性点不接地。 其 110kV 主变 为分级绝缘,中 性 点 绝 缘 等 级 为 44kV，绝 缘 水 平 为 LI480AC200-LI250AC95/LI60AC25，详见表 1。 该厂 110kV 主变中性点采用氧化锌避雷器进行保护，具 体过电压保护配置见图 1 中实线部分， 中性点氧化 锌避雷器有关参数见表 2。
中图分类号：TM401＋．1
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2009）08－0025－05
Improvement of Overvoltage Protection of 110kV Transformer Neutral Point
LI Rong蛳hua
（Hunan Institute of Science & Technology, Yueyang 414000, China）
李荣华：110kV 变压器中性点过电压保护的完善
27
MOA 泄漏电流剧增，加速 MOA 发热老化，影响其性 能及寿命, 甚至可能由于工频过电压较长时间的作 用引起 MOA 爆炸损坏。
考虑到双端电源，开关发生非全相操作，不接地 变压器中性点工频过电压更高， 达 1.8U准～2.5U准，尽 管这种情况很少见，但在实际系统中，国内外都曾发 生过，并引起避雷器爆炸，即使是牺牲了避雷器，变 压器中性点也不能免于损坏。
100%Un 38.1 115%Un 43.8
63.5
80.8
135 114.3～158.8
73.0
92.9
155 131.5～182.6
注：①Un 为系统额定电压；②变压器绕组为纠结式。
4 中性点现有 MOA 的防护能力评析
该厂 110kV 主变中性点目前配置的是 Y1W-60 型 MOA，其 标 准 雷 电 波 残 压 为 144kV，大 大 低 于 变 压 器 中 性 点 雷 电 冲 击 耐 压 水 平 212.5kV (见 表 1)， MOA 能够很好地防护雷电过电压的冲击。
（3） 当 系 统 因 单 相 接 地 故 障 转 变 为 中 性 点 不 接 地 的 局 部 孤 立 系 统 (k→∞)、 系 统 非 全 相 运 行 , 致 中 性 点上出现较高电位时，棒间隙应能可靠动作，以保护 变压器中性点及线端设备， 同时应改变孤立绝缘系 统的运行方式。
（4） 其 雷 电 冲 击 放 电 电 压 应 低 于 中 性 点 绝 缘 冲 击耐压水平。 5.2 棒间隙放电特性
下中性点过电压的稳态值和暂态值为：
3.2.2
U0=0.6U准
（3）
uom=0.85rU准
（4）
变压器低压侧有电源的局部不接地系统带有
单相接地
由于主变低压侧母线上接有发电机 （见图 1），
当 110kV 系 统 在 中 性 点 不 接 地 变 压 器 侧 发 生 单 相
接地故障时，变压器零序电压保护动作。 如果 110kV
但是， 如果由于单相接地故障而形成局部不接 地 系 统 时 (k→∞)， 不 接 地 变 压 器 中 性 点 上 的 稳 态 电 压 分 别 达 63.5kV 及 73.0kV（见 表 3），要 超 过 MOA 额 定 电 压 及 工 频 参 考 电 压 ( 均 为 60kV), 将 引 起
第8期
另外， 单相接地故障转变为局部不接地的孤立 系统时， 不管是 Y1W-60/144 型 MOA, 还是为提高 MOA 额定电压选用 Y1W-73/176 型 MOA， 都未能 解决因故障而形成孤立不接地系统时， 中性点长时 间承受高达 63.5kV～73.0kV 的工频过电压 问 题 ，而 变压器中性点绝缘允许长期承受的工频电压只有 1.15×44kV=50.6kV。 而且非故障相电压升高到线电 压，这将对线端设备造成威胁，同时引起母线上的电 压互感器饱和，如果参数巧合，还会引起磁饱和过电 压，烧毁电压互感器等设备，造成更大事故。
电力系统
502
110kV 510
504 500
520
1号T 2号T
6kV 1号G
2号G
3号G
图 1 110kV 系统主接线图 Fig.1 Main connection diagram of 110kV system
表 1 110kV 变压器中性点绝缘水平 Table 1 Neutral insulation level of 110kV transformer
表 3 110kV 变压器不接地中性点过电压值
Table 3 Overvoltages of 110kV transformer without
neutral earth
kV
系统运行 电压
单相接地稳态电压
（ 有 效 值 ）U0
k=3
k→∞
单相接地暂态 电 压 （ 峰 值 ）U0m k=3 k→∞
系统非全相 运行稳态 电压 U0
第 46 卷 第 8 期 2009 年 8 月
TRANSFORMER
Vol．46 No．8 August 2009
110kV 变压器中性点过电压保护的完善
李荣华
（湖南理工学院，湖南 岳阳 414000）
摘要：对 110kV 变压器中性点过电压保护现状进行了分析计算。
关键词：变压器；中性点过电压；保护
中性点 雷电冲击耐受电压峰值/kV 短时工频耐受电压有效值/kV
绝缘等级 标称 考虑绝缘老化
标称
考虑绝缘老化
/kV
耐压值
系数 0.85
耐压值
系数 0.85
44
250
212.5
95
80.75
3 不接地变压器中性点过电压分析
3.1 雷电过电压
26
表 2 中性点 MOA 参数 Table 2 Neutral MOA parameters
当 于 波 头 15μs～25μs 的 操 作 冲 击 波[1]，中 性 点 暂 态
过电压最大值（峰值）为：
uom= 姨 2 krU准/(k+2)= 姨 2 rU0
（2）
式中 r— ——变压器振荡系数，连续式绕组ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 1.8，纠
结式绕组取 1.5
在有效接地系统中，一般 k≤3，当 k=3 时过 电
压最为严重，由式（1）和式（2）可得，在这种极限情况
考虑到双端电源， 线路断线或开关发生三相非 同期操作导致非全相运行时, 会出现变压器与系统 仅有一相或两相相连，甚至可能发生谐振，不接地变 压器中性点过电压可高达 1.8U准～2.5U准。 3.2.4 中性点过电压计算值
对 于 110kV 系 统 以 正 常 有 效 接 地 方 式 运 行 时 发生单相接地故障（取 k=3 的极端情形）、出现带单 相 接 地 故 障 的 局 部 不 接 地 系 统 （k→∞） 以 及 发 生 非 全相运行三种情况， 不接地变压器中性点过电压计 算结果列于表 3。
总之， 变压器中性点上的 MOA 能较好地起到 限制雷电过电压的作用， 而对因单相接地使变压器 转变成孤立不接地系统以及系统非全相运行时所产 生的工频过电压却无能为力，甚至可能损坏 MOA。
5 完善措施— ——棒间隙保护
综上分析，笔者提出下述完善措施：在变压器中 性点上另加棒间隙保护（如图 1 中虚线所示），这样， 中性点上可有两种过电压保护配置方式， 即单独棒 间隙保护和棒间隙并联 MOA 保护。 对于棒间隙并 联 MOA 的保护方式， 由于间隙与 MOA 参数选择、 配合困难，从简化设备及减少误动的角度出发，一般 不推荐使用，更何况过电压保护规程《交流电气装置 的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997） 也没 有推荐使用。 因此笔者推荐采用单独棒间隙保护方 式。 下面就保护方式的棒间隙选择进行计算分析。 5.1 棒间隙选择原则
根据相关试验资料， 部分间隙距离的棒间隙放 电特性见表 4(已换算至标准大气条件)。
型号
额定电压
残 压 峰 值 /kV
/kV
雷电波 操作波
参 考 电 压 /kV
直流
工频
Y1W-60 60
≤144 ≤137 ≥86
≥60
当雷电波从线路侵入变电所到达变压器不接地
中性点时， 对于三相同时进波, 就相当于末端开路
