一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置，其特征在于：避雷器通過絕緣柱安裝在底座上，避雷器的上端電連接有第一不銹鋼棒極，避雷器的下端連接脫離器，脫離器的引線下端通過軟絞線連接放置在底座上的計(jì)數(shù)器；支撐鋼棒通過電流互感器與底座連接，支撐鋼棒上端電連接有第二不銹鋼棒極。脫離器的動(dòng)作電流曲線低于避雷器工頻耐受特性曲線，一旦出現(xiàn)局部系統(tǒng)解列為非有效接地系統(tǒng)的事故工況，脫離器動(dòng)作，將避雷器從系統(tǒng)隔離，避免避雷器發(fā)生爆炸傷及其它設(shè)備。而由于避雷器的雷電殘壓低于棒間隙雷電放電電壓下限，正常系統(tǒng)雷電作用下棒間隙不動(dòng)作。因此棒間隙在雷電入侵時(shí)頻繁放電導(dǎo)致主變壓器不必要跳閘的情況將會(huì)得到顯著改善。
【專利說明】一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種變壓器保護(hù)裝置，特別涉及一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]IlOkV是供電網(wǎng)絡(luò)的主要電壓等級，由于繼電保護(hù)整定配置及防止通訊干擾等方面的要求，為了限制單相短路電流，其中有部分變壓器采用中性點(diǎn)不接地方式。在這種運(yùn)行方式下，由于雷擊、單相接地短路故障等會(huì)造成中性點(diǎn)過電壓，而且變壓器大多是分級絕緣，因此過電壓對中性點(diǎn)的絕緣造成很大威脅，必須對其設(shè)置保護(hù)裝置防止事故發(fā)生。
[0003]對于分級絕緣變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)，采用避雷器加并聯(lián)水平棒間隙的配置方式，其兩者的配合原則是:避雷器承擔(dān)雷電過電壓保護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障及開關(guān)重合閘過程中水平棒間隙不應(yīng)放電動(dòng)作；只有當(dāng)系統(tǒng)失地，且出現(xiàn)系統(tǒng)非全相運(yùn)行或諧振故障時(shí)，水平棒間隙可靠動(dòng)作，保護(hù)變壓器中性點(diǎn)絕緣及線端設(shè)備的絕緣，防止避雷器因通流容量不夠發(fā)生爆炸。但通過多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，避雷器與水平棒間隙的配合仍存在一些缺陷:
[0004]IlOkV系統(tǒng)單相接地時(shí)如果解列為局部不接地系統(tǒng)的異常運(yùn)行工況，可能會(huì)出現(xiàn)不接地系統(tǒng)常見的弧光接地、鐵磁諧振等危險(xiǎn)的過電壓，要求主變壓器中性點(diǎn)的棒間隙必須動(dòng)作。棒間隙的工頻放電電壓應(yīng)介于44kV和57kV之間，前者是系統(tǒng)有效接地的正常工況下發(fā)生單線接地故障時(shí)可能出現(xiàn)的最高短時(shí)工頻過電壓穩(wěn)態(tài)有效值(43.8kV)，后者是系統(tǒng)解列局部失地的異常運(yùn)行工況下且線電壓低于額定電壓10%時(shí)短時(shí)工頻過電壓穩(wěn)態(tài)有效值(57.2kV)。棒間隙的50%放電電壓宜取50-52kV，海拔低于1000米地區(qū)間隙距離一般取110-120mm，這種棒間隙的標(biāo)準(zhǔn)雷電波負(fù)極性沖擊放電電壓范圍93_113kV。棒間隙在正常運(yùn)行工況下動(dòng)作放電將導(dǎo)致系統(tǒng)零序參數(shù)的變化，給繼電保護(hù)的整定帶來不確定因素，使繼電保護(hù)發(fā)生不正常動(dòng)作。
[0005]現(xiàn)行常規(guī)型號中性點(diǎn)避雷器的雷電殘壓都較大，不能滿足與棒間隙的配合要求，以Yl.5W55/132為例，其殘壓大于120mm棒間隙的雷電沖擊放電電壓上限，這就有可能使得避雷器動(dòng)作的同時(shí)，水平棒間隙也放電擊穿，尤其在雷擊輸電線路導(dǎo)致系統(tǒng)瞬時(shí)單相接地時(shí)，造成繼電保護(hù)不正常動(dòng)作。
[0006]因棒間隙頻繁動(dòng)作導(dǎo)致的繼電保護(hù)不正常動(dòng)作在雷電天氣時(shí)有發(fā)生，因此如何改善主變中性點(diǎn)保護(hù)，提高主變壓器的供電可靠性是供電部門十分關(guān)心的問題。經(jīng)檢索相關(guān)文獻(xiàn)，有部分關(guān)于主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置的報(bào)道，但未發(fā)現(xiàn)與本專利相似或相同的技術(shù)方案。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置，可避免棒間隙在避雷器的雷電殘壓下放電導(dǎo)致繼電保護(hù)不必要的動(dòng)作，且能夠避免避雷器發(fā)生爆炸傷及其它設(shè)備。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置，其創(chuàng)新點(diǎn)在于:包括底座、避雷器、絕緣柱、第一不銹鋼棒極、計(jì)數(shù)器、支撐鋼棒、電流互感器和第二不銹鋼棒極；避雷器通過絕緣柱安裝在底座上，避雷器的上端電連接有水平方向的第一不銹鋼棒極，避雷器的下端連接熱爆式脫離器，熱爆式脫離器的引線下端與放置在底座上的計(jì)數(shù)器軟連接；
[0009]支撐鋼棒垂直布置在底座上，支撐鋼棒通過電流互感器與底座連接，支撐鋼棒上端電連接有水平方向的第二不銹鋼棒極；
[0010]避雷器、熱爆式脫離器和計(jì)數(shù)器依次串聯(lián)構(gòu)成避雷器保護(hù)支路；第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極和電流互感器依次串聯(lián)構(gòu)成與避雷器保護(hù)支路并聯(lián)的棒間隙保護(hù)支路。
[0011]優(yōu)選的，所述避雷器為金屬氧化物避雷器，其額定電壓為45kV，IkA雷電殘壓小于90kV。
[0012]優(yōu)選的，所述第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極配對組成的棒間隙工頻50%放電電壓有效值為51.0 kV。
[0013]優(yōu)選的，所述第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極的直徑均為16mm ;長度為600mm。
[0014]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:為避免棒間隙在避雷器的雷電殘壓下放電導(dǎo)致繼電保護(hù)不必要的動(dòng)作，避雷器的雷電殘壓低于棒間隙的負(fù)極性雷電沖擊放電電壓下限。由于避雷器的額定電壓低于棒間隙的工頻放電電壓下限，當(dāng)中性點(diǎn)工頻過電壓介于避雷器的額定電壓和棒間隙的放電電壓之間時(shí)，棒間隙不放電，避雷器將損壞。而為避免避雷器發(fā)生爆炸傷及人員和設(shè)備，同時(shí)采用熱爆式脫離器與避雷器串聯(lián)，熱爆式脫離器的動(dòng)作電流曲線低于避雷器工頻耐受特性曲線。一旦出現(xiàn)局部系統(tǒng)解列為非有效接地系統(tǒng)的事故工況，流過避雷器的工頻電流達(dá)到脫離器的動(dòng)作條件時(shí)，脫離器動(dòng)作，將避雷器從系統(tǒng)隔離，避免避雷器發(fā)生爆炸傷及其它設(shè)備。避雷器從系統(tǒng)隔離后，中性點(diǎn)過電壓由棒間隙限制。由于避雷器的雷電殘壓低于棒間隙雷電放電電壓下限，正常系統(tǒng)雷電作用下棒間隙不動(dòng)作。與目前采用的棒間隙與避雷器并聯(lián)的中性點(diǎn)保護(hù)產(chǎn)品比較，棒間隙在雷電入侵時(shí)頻繁放電導(dǎo)致繼電保護(hù)不正常動(dòng)作切除主變壓器的情況將會(huì)得到顯著改善。
[0015]IlOkV電力系統(tǒng)只有變成孤立不接地系統(tǒng)時(shí)，主變中性點(diǎn)才會(huì)出現(xiàn)威脅避雷器安全的過電壓，脫離器動(dòng)作，由棒間隙保護(hù)主變中性點(diǎn)。孤立不接地這種異常的系統(tǒng)運(yùn)行工況實(shí)際發(fā)生的次數(shù)非常少，并且有棒間隙作后備保護(hù)，脫離器動(dòng)作后不必馬上停電更換，因此不影響系統(tǒng)供電可靠性指標(biāo)。
[0016]帶脫離器的避雷器在配電線路避雷器上廣泛使用，當(dāng)避雷器老化受潮等原因損壞時(shí)自動(dòng)從系統(tǒng)脫離，隔離故障；脫離器和放電間隙技術(shù)也都有成熟的產(chǎn)品運(yùn)行，但本專利的內(nèi)容并非二者簡單疊加拼成，理由如下:
[0017]IlOkV主變中性點(diǎn)的工頻過電壓在不同工況下呈現(xiàn)跳躍式分布，絕緣配合困難，被迫采用放電間隙這種參數(shù)分散性大，有截波特點(diǎn)的比較原始的保護(hù)裝置；
[0018]普通避雷器的設(shè)計(jì)受到安全性條件制約，雖然中性點(diǎn)失地的運(yùn)行工況極少出現(xiàn)但必須考慮，避雷器須選擇較高的額定電壓，原則上避雷器的額定電壓須高于棒間隙的工頻放電電壓上限，導(dǎo)致正常運(yùn)行工況下雷電和操作時(shí)避雷器的殘壓過高使棒間隙頻繁放電，因此普通避雷器與棒間隙并聯(lián)保護(hù)裝置中棒間隙為主保護(hù)，避雷器為輔，外特性呈現(xiàn)棒間隙的不穩(wěn)定的保護(hù)特性。
[0019]采用脫離器以后，解決了中性點(diǎn)失地這種極少出現(xiàn)的異常工況下系統(tǒng)的安全問題，避雷器參數(shù)選取的原則發(fā)生了變化，避雷器額定電壓的選取只要耐受正常運(yùn)行工況下中性點(diǎn)短時(shí)工頻過電壓(IlOkV系統(tǒng)中此值為相電壓的60%為43.8 kV)即可，發(fā)生中性點(diǎn)失地的異常工況時(shí)脫離器動(dòng)作，使避雷器從系統(tǒng)隔離避免爆炸。避雷器額定電壓的降低使進(jìn)一步的設(shè)計(jì)改善變得有意義，普通中性點(diǎn)避雷器采用小電流閥片，殘壓比高(如Yl.5W55/132型中性點(diǎn)避雷器1.5k A雷電殘壓比1.7，1.5k A雷電殘壓132 kV)，本專利采用大電流閥片可將殘壓比降到1.4，額定電壓和閥片殘壓比的降低可使避雷器殘壓下降30%;本實(shí)用新型中避雷器額定電壓取45 kV，1.5k A雷電殘壓小于90 kV，滿足與棒間隙的配合要求(工頻50%放電電壓為51kV的棒間隙雷電放電電壓下限約93kV)。即在正常工況下棒間隙不再動(dòng)作，保護(hù)特性穩(wěn)定的避雷器成為主保護(hù)；這種新的設(shè)計(jì)使棒間隙成為后備保護(hù)，只在中性點(diǎn)失地的異常工況下動(dòng)作，避免系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)零序參數(shù)的變化，提高了繼電保護(hù)的穩(wěn)定性和供電可靠性。由于避雷器的殘壓降低，本專利可以滿足中性點(diǎn)絕緣水平為35 kV的主變的絕緣配合要求；現(xiàn)行IlOkV主變的中性點(diǎn)絕緣水平大多設(shè)計(jì)為60kV，是為了與現(xiàn)行額定電壓較高的避雷器配合，無形中增加了主變壓器的制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型中主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1所示，包括電流互感器1、脫離器2、軟絞線3、計(jì)數(shù)器4、底座5、絕緣柱6、避雷器7、第一不銹鋼棒極8、第二不銹鋼棒極9、支撐鋼棒10。
[0022]避雷器7通過絕緣柱6安裝在底座5上，避雷器7選用金屬氧化物避雷器，本實(shí)施例中，其額定電壓為45kV，IkA雷電殘壓小于90kV。避雷器7的上端電連接有水平方向的第一不銹鋼棒極8，避雷器7的下端連接脫離器2，該脫離器2為熱爆式脫離器，熱爆式脫離器的引線下端通過軟絞線3連接放置在底座5上的計(jì)數(shù)器4。
[0023]支撐鋼棒10垂直布置在底座5上，支撐鋼棒10通過電流互感器I與底座5連接，支撐鋼棒10上端電連接有水平方向的第二不銹鋼棒極9。
[0024]避雷器7、熱爆式脫離器和計(jì)數(shù)器4依次串聯(lián)構(gòu)成避雷器保護(hù)支路；而第一不銹鋼棒極8、第二不銹鋼棒極9和電流互感器I依次串聯(lián)構(gòu)成與避雷器保護(hù)支路并聯(lián)的棒間隙保護(hù)支路。
[0025]其中，第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極配對組成的棒間隙工頻放電電壓范圍為47-57kV，雷電沖擊放電電壓為93-113kV。本實(shí)施例中，第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極的直徑均為16mm ;長度為600mm。
[0026]在適用供電網(wǎng)絡(luò)為IlOkV電壓等級的過電壓保護(hù)裝置中；避雷器額定電壓的設(shè)計(jì)中，考慮到能耐受正常運(yùn)行工況下中性點(diǎn)短時(shí)工頻過電壓(IlOkV系統(tǒng)中此值為相電壓的60%為是43.8 kV)，并要求殘壓盡量小，小于棒間隙放電電壓下限且保留一定裕度；避雷器的額定電壓取45kV，在系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下發(fā)生單相接地時(shí)中性點(diǎn)短時(shí)工頻過電壓43.8kV相比，避雷器的荷載率偏高，與普通避雷器的設(shè)計(jì)原則有差別，是因?yàn)橹行渣c(diǎn)避雷器的運(yùn)行條件與母線避雷器有很大差異:中性點(diǎn)避雷器日常運(yùn)行時(shí)荷載率接近零；實(shí)際系統(tǒng)的接地系數(shù)一般小于2.5，短時(shí)工頻過電壓不超過40 kV，持續(xù)時(shí)間不超過2.0秒；滅弧電壓為40.5 kV的碳化硅閥式中性點(diǎn)避雷器曾經(jīng)長期在系統(tǒng)中運(yùn)行，在正常工況下的故障極少；有脫離器作為避雷器的故障保護(hù)；避雷器一旦故障被隔離后仍有棒間隙作主變絕緣的后備保護(hù)。
[0027]若避雷器的額定電壓在大于45kV小于57kV范圍內(nèi)變化,異常工況時(shí)脫離器的動(dòng)作時(shí)延會(huì)發(fā)生變化，對避雷器的安全性沒有質(zhì)的影響，但棒間隙誤動(dòng)作的概率增加。主變中性點(diǎn)過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)采用棒間隙以前，中性點(diǎn)避雷器損壞的事故偶有發(fā)生，采用棒間隙保護(hù)后，困擾供電系統(tǒng)的主要問題是棒間隙在雷電天氣頻繁放電導(dǎo)致的繼電保護(hù)不正常動(dòng)作；額定電壓降低使避雷器本身的安全性降低，但系統(tǒng)失地或系統(tǒng)正常工況下出現(xiàn)避雷器不能耐受的操作過電壓是小概率事件，允許避雷器故障由脫離器動(dòng)作隔離，主設(shè)備的安全性仍有保障，而棒間隙在避雷器殘壓作用下放電的概率則減小。
[0028]因此本過電壓保護(hù)裝置優(yōu)選參數(shù):避雷器額定電壓為45kV，lkA雷電殘壓小于90kV ;棒間隙工頻50%放電電壓有效值為51kV。
[0029]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種主變壓器中性點(diǎn)過電壓保護(hù)裝置，其特征在于:包括底座、避雷器、絕緣柱、第一不銹鋼棒極、計(jì)數(shù)器、支撐鋼棒、電流互感器和第二不銹鋼棒極； 避雷器通過絕緣柱安裝在底座上，避雷器的上端電連接有水平方向的第一不銹鋼棒極，避雷器的下端連接熱爆式脫離器，熱爆式脫離器的引線下端與放置在底座上的計(jì)數(shù)器軟連接； 支撐鋼棒垂直布置在底座上，支撐鋼棒通過電流互感器與底座連接，支撐鋼棒上端電連接有水平方向的第二不銹鋼棒極； 避雷器、熱爆式脫離器和計(jì)數(shù)器依次串聯(lián)構(gòu)成避雷器保護(hù)支路；第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極和電流互感器依次串聯(lián)構(gòu)成與避雷器保護(hù)支路并聯(lián)的棒間隙保護(hù)支路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于:所述避雷器為金屬氧化物避雷器，其額定電壓為45kV，IkA雷電殘壓小于90kV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的保護(hù)裝置，其特征在于:所述第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極配對組成的棒間隙工頻50%放電電壓有效值為51.0 kV。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的保護(hù)裝置，其特征在于:所述第一不銹鋼棒極、第二不銹鋼棒極的直徑均為16mm ;長度為600mm。
【文檔編號】H02H7/04GK203932977SQ201420266982
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月5日
【發(fā)明者】齊進(jìn) 申請人:齊進(jìn)