彭向阳，李谦，钟定珠
广东省电力试验研究所，广东广州510600 　　SDJ7—79《过电压保护设计规程》对110kV、220 kV变压器中性点推荐采用FZ－40、FZ－60、FZ－110J型避雷器或棒间隙保护方式；GB11032—89《交流无间隙金属氧化物避雷器》对保护中性点的氧化锌避雷器作了规定；行业标准DL／T620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》则提出主变压器中性点应以装设间隙保护为主。
　　对110 kV、220 kV变压器中性点保护方式和运行情况进行了较全面的调查统计，从中可以了解其运行情况，这对广东省电网安全运行有着特别重要的意义。

1　110 kV、220 kV主变压器中性点保护方式
1．1　110 kV系统　　
　　调查中统计了110 kV变压器850台，总容量30 747.5 MVA，其中三绕组变压器175台，占总台数的20.6％，双绕组变压器675台，占总台数的79.4％。
　　850台110 k V主变压器中性点全部采用分级绝缘，绝缘水平主要分60 kV、44 k V、35kV等级三种，其中采用60kV（即LI325AC140）的551台，占总台数的64.8％ ；采用44 kV（即LI250AC95）的156台，占总台数的18.4％；采用35kV（即LI185AC85）的118台，占总台数的13.9％。
    110 kV变压器中性点的保护方式有以下4种：
    a）避雷器保护。采用避雷器保护的456台，占110 kV主变压器总台数的53.6％ ，其中采用氧化锌避雷器的294台，采用阀式避雷器的132台，采用进口避雷器的30台，见表1。
　　

    b）间隙保护。采用间隙保护的29台，占110kV主变压器总台数3.4％，其中采用水平间隙的27台，采用垂直间隙的2台，间隙长度在100～130 mm之间。
　　c）间隙并联避雷器保护。有343台主变压器，占110kV主变压器总台数的40.4％ 。间隙长度在80～150mm之间，间隙垂直布置38台，倾斜布置5台，水平布置300台。避雷器采用氧化锌避雷器242台，占70.5％，采用阀式避雷器99台，占28.9％，另有两台采用进口避雷器，占0.6％。
    d)中性点直接接地，有1台主变压器，占110kV主变压器统计总台数的0．12％。
1．2　220 kV系统
　　调查中统计了220 kV变压器180台，总容量28 183 MVA，其中三绕组变压器156台，占总台数的86．7％，双绕组变压器24台，占总台数的13．3％。
　　变压器220 k V中性点全部采用半绝缘，即雷电全波冲击电压400 k V，200 kV工频耐压1 min。变压器110 kV中性点全部采用分级绝缘，156台三绕组变压器中，其中采用60 kV绝缘的有99台，采用44 kV绝缘的10台，采用35 kV绝缘的25台。
　　180台变压器220 kV中性点的保护方式有以下4种：
　　a）避雷器保护。有6台变压器，并且全部采用氧化锌避雷器，分别为：Y₁₀ W－96／268（2台），Y₁ W－146／320（3台），Y₁₀ W－100（1台），占总台数的3．3％。
　　b）间隙保护。有94台变压器，全部采用水平布置方式，其中，间隙长度在200～250 mm的20台，在260～300 mm的64台，在310～350 mm的6台，其它的4台占总台数的52．2％。
　　c）间隙并联避雷器保护，有74台变压器，占总台数的41．1％，如表2所示。

    d）中性点直接接地。有4台变压器，占总台数的2．2％。

2　各种保护方式的分析
2．1　主变压器110 kV中性点保护方式
2．1．1　单独用避雷器保护方式
　　60 k V绝缘水平的中性点可用Y₁ W－73／200型避雷器，其直流1 mA电压103 k V相当于73 k V工频峰值，中性点能承受1倍相电压的短时工频过电压；其1 kA残压为200 kV，雷电耐压水平可按U_耐＝1．1×（1．1 U_残＋15）kV，现残压为200kV，那么设备绝缘为258 k V就可满足要求。雷电耐受为300 kV的绝缘使用225 kV残压的避雷器也可满足绝缘配合。
　　44 k V绝缘水平的中性点可用Y₁ W－60／144型避雷器，其直流1 mA电压86 k V相当于60 k V工频峰值，单相接地时110 kV中性点最高电压为0．6 U_Φ约43．8 kV，可承受一般单相接地过电压，但承受1倍相电压的短时工频过电压较困难，选择Y₁ W－73／200型避雷器对避雷器安全好多了，但主变绝缘保护裕度降低了。一般不应以降低主变保护裕度来保护避雷器。
　　35 k V绝缘水平的中性点避雷器选择，残压不成问题，但工频过电压损坏可能性增大，应考虑系统单相接地时中性点电位升高不会损坏避雷器，该电压约为43．8 kV ，因此避雷器直流1 mA电压应取60KV以上（43。8KV×√2≈60KV），可采用Y₁ W－48／109型避雷器。避雷器不能承受1倍相电压的短时工频过电压。
2．1．2　单独间隙保护方式
　　60 k V绝缘水平的中性点，如果配140 mm的间隙，工频放电电压为59 kV，雷电冲击放电电压116 kV（负极性）。据推算间隙可在170 mm也没有问题，就算间隙在工频110 kV，冲击在220 k V放电还有很大保护裕度。为了避免间隙动作频繁，建议放在170 mm；44 k V绝缘水平的中性点配140 mm的间隙；35 kV绝缘水平的中性点配130mm的间隙。
2．1．3　间隙并联避雷器保护方式
　　广东省110 k V主变中性点保护40．4％是采用间隙加避雷器保护，而220 kV主变压器占41．1％，多年运行没有发生特别的问题，只是间隙选择过小，避雷器起不到作用。
　　60 kV绝缘水平的中性点，采用170 mm的间隙和Y₁ W－73／200型避雷器，间隙的工频放电电压推算在70 kV，而冲击放电电压在140 kV（负极性），那么工频过电压时，间隙会保护避雷器，而冲击放电可能间隙动作较多。
　　44 kV绝缘水平的中性点，采用140 mm的间隙和Y₁ W－60／144型避雷器。
　　35 kV绝缘水平的中性点，采用130 mm的间隙和Y₁ W－48／109型避雷器。
2．2　主变220 kV中性点保护选择
2．2．1　单独用避雷器保护
　　一般采用额定电压为146 kV和100 kV两种避雷器保护。Y₁ W－146／320型避雷器1 kA冲击残压为320 k V，冲击残压配合没有问题；1 mA直流参考电压为190 kV，相当于134 kV工频交流电压的峰值，当中性点出现1倍相电压（128 k V）和其它工频过电压时，避雷器没有问题。Y₁ W－100／320型避雷器还不如选择Y₁₀ W－100／260型避雷器，两者工频额定电压一样，但残压水平相差甚大，前者是1 k V残压，后者是10 kA残压，虽然中性点的雷电流较小，不会超过1 kA，但较低的残压对变压器还是有好处；这两种避雷器的1 mA直流参考电压约为145 kV，相当于102 kV工频交流电压的峰值，单相接地时，工频电压升高是没有问题的，但非全相工频电压和形成不接地系统单相接地时，避雷器有可能出问题，应选择Y₁ W－146／320型避雷器。
2．2．2　单独间隙保护
　　单独使用间隙，可以用350 mm，其工频放电电压136．9 kV，雷电冲击放电电压292 k V（负极性）和245 k V（正极性），操作冲击放电电压258．4 kV（正极性）和213 kV（负极性），可以较好地保护变压器中性点，但间隙长度不宜低于280mm，因为该间隙工频放电电压为111．1 kV，雷电冲放电压222．2 k V（负极性）和188 kV（正极性），操作冲放电压203．8 kV（正极性）和173．3kV（负极性），保护裕度过大，而且间隙频繁放电不利于主变压器安全运行。
2．2．3　间隙并联避雷器保护
　　350 mm间隙加上Y₁ W－146／320型避雷器使用，间隙工频放电电压为136．9 kV，而避雷器1mA直流电压相当于134 k V工频峰值，这样间隙工频放电时避雷器不会损坏，而间隙雷电冲放电压为292 kV，避雷器1 kV残压为320 kV，由于氧化锌避雷器没有雷电冲放电压，在电压低于292kV时避雷器也会放电，能否使电压不上升到292kV就比较难说，但雷电冲放电压总比残压要低。如果采用Y₁₀ W－100／260型避雷器，雷电冲击下，应该是避雷器动作，但避雷器在工频过电压下可能损坏，而间隙不会动作，如果考虑到避雷器工频下的安全，应选择280 mm下的间隙，这样避雷器就不起作用了。由于Y₁ W－146／320型避雷器还有较大的保护裕度，因此应选该型避雷器。

3　各种保护方式存在的问题和建议
　　目前各种保护方式在运行中仍然存在以下问题：
　　a）主变压器220 k V中性点不能采用Y₁₀ W－200／496型避雷器保护，除非该主变压器的220kV中性点是220 kV的。主变220 kV中性点也不能单独采用Y₁ W－73／200型避雷器保护，因为其额定电压太低。
　　b）主变220 kV中性点单独采用避雷器保护不宜采用Y₁₀ W－96／268型避雷器，因为主变中性点的绝缘水平有足够的裕度，而避雷器耐受工频过电压的裕度不够，需要提高其工频耐受电压。
　　c）部分220 kV中性点间隙过短，如280 mm间隙的工频放电为111．1 kV，而中性点工频耐受电压200 kV；间隙冲击放电电压为222．2 kV（负极性），而中性点冲击耐压为400 kV，有足够的保护裕度，建议所有280 mm以下的间隙更改为280 mm及以上，以免间隙过于频繁动作。
　　d）110 kV变压器中性点间隙较短引起保护过多动作。建议60 kV级绝缘中性点间隙不小于150mm，44 kV级绝缘中性点间隙不小于130 mm，而35 kV级绝缘中性点间隙不小于120 mm。
　　e）碳化硅避雷器更换为氧化锌避雷器，并且耐受高、低残压的中性点避雷器。
　　f）复合外套（硅橡胶）避雷器已开始使用，中性点避雷器可能经常承受较高的工频过电压，如果生产复合绝缘外套避雷器，损坏时也不会造成更大的人身或设备损坏。