國網(wǎng)舟山供電公司的研究人員張雄清、萬方培等，在2019年第3期《電氣技術(shù)》雜志上撰文（論文標(biāo)題為“一起35kV變壓器中性點避雷器故障分析”），介紹不接地系統(tǒng)變壓器中性點可能出現(xiàn)的各種過電壓，通過安裝中性點避雷器保護(hù)設(shè)備免受破壞。避雷器選型正確與否，直接關(guān)系到系統(tǒng)正常運(yùn)行。

通過一起線路接地故障造成主變中性點避雷器擊穿原因分析，查找避雷器故障部位，提出變壓器中性點避雷器選型原則和檢修過程注意事項。

對于變電站的變壓器來說，由于多相或者單相雷電沖擊波的入侵、電力系統(tǒng)的操作和不對稱故障產(chǎn)生的過電壓，使變壓器中性點承受過大的電壓，所以不接地變壓器的中性點需要設(shè)置保護(hù)裝置對雷電和操作過電壓進(jìn)行保護(hù)。而當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障或在非全相運(yùn)行時，中性點工頻暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)電壓升高，也需要保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)。

目前，變壓器中性點保護(hù)裝置逐漸完善，中性點發(fā)生故障的概率也大大減小，但是中性點過電壓的保護(hù)仍是電網(wǎng)運(yùn)行中不可或缺的重要組成部分，若重視不夠，則可能會給整個電網(wǎng)帶來嚴(yán)重事故。

1 變壓器中性點過電壓（略）

電力系統(tǒng)中，過電壓一般分為兩類，即外部過電壓和內(nèi)部過電壓。

2 全絕緣變壓器中性點避雷器選型

在電力系統(tǒng)中，35kV及以下變壓器中性點的絕緣水平與線端絕緣水平一樣，即全絕緣變壓器。全絕緣變壓器中性點可選用不大于通常相-地避雷器保護(hù)水平來保護(hù)，通過相對地避雷器參數(shù)見表1。

表1 典型的電站用避雷器參數(shù)

當(dāng)線路異常情況，如接地、操作過電壓和雷擊，變壓器中性點對地的過電壓比線路過電壓要小，因此中性點避雷器的額定電壓可以選用相對較小值，建議選用以下3種避雷器作為中性點過壓保護(hù)。

• 1）選用相同電壓等級的典型相-地避雷器。
• 2）設(shè)計與典型的相對地避雷器設(shè)計一樣，額定電壓可以降低，但不小于典型相對地避雷器額定電壓的60%。
• 3）降低保護(hù)水平的特殊避雷器。

3 案例分析

2018年2月23日05:48:29，蝦峙變與桃花變之間的蝦桃3551線海纜發(fā)生B相接地，桃花變1#主變中性點避雷器擊穿。主變中性點避雷器型號為Y1.5W-30/80，廠家為寧波國創(chuàng)，2009年生產(chǎn)，U1mA=45kV額定電壓30kV，系統(tǒng)電壓35kV，歷史數(shù)據(jù)見表2。主變?yōu)槿^緣變壓器，型號為SZ10-20000/35，廠家為江蘇華鵬，接線組別YNd11。

表2 1#主變中性點避雷器歷史數(shù)據(jù)

3.1 事故經(jīng)過

故障發(fā)生前，35kV桃花變蝦桃3551線運(yùn)行，但基本沒有電流。35kV母分開關(guān)運(yùn)行，桃登3553線熱備用，1#主變運(yùn)行，2#主變熱備用，35kV Ⅰ段母線、Ⅱ段母線運(yùn)行，10kV Ⅰ段母線、Ⅱ段母線運(yùn)行，10kV母分開關(guān)運(yùn)行，35kV備自投運(yùn)行，35kV系統(tǒng)采用不接地運(yùn)行方式。

2月23日5:48:29蝦桃3551線保護(hù)起動，5:48:29:695，過流Ⅱ段動作，跳蝦桃3551線開關(guān)。故障錄波圖圖形顯示，蝦桃3551線B相接地，蝦桃3551線沒有正序電流、負(fù)序電流，只有零序電流，且三相電流大小相等、相位相同，有效值達(dá)到4.25A。

3.2 原因分析

經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)蝦峙變與桃花變之間的蝦桃3551線海纜發(fā)生B相接地，1#主變中性點避雷器擊穿，分別如圖1、圖2所示。擊穿避雷器解體后內(nèi)部元件如圖3所示。

蝦桃3551線海纜發(fā)生B相接地后，蝦桃3551線立刻出現(xiàn)零序電流，且遠(yuǎn)高于正常運(yùn)行時的電流，而線路AC兩相的電壓還是相電壓，而不是線電壓。因此可以得出結(jié)論，蝦桃3551線在出現(xiàn)B相單相接地后，1#主變中性點避雷器立刻發(fā)生擊穿。

圖1 擊穿的避雷器

圖2 避雷器壓力釋放口

圖3 擊穿避雷器內(nèi)部元件

桃花變只有一條蝦桃3551線進(jìn)線，無其他進(jìn)線電源，在發(fā)生蝦桃3551線B相接地和1#主變中性點接地后，變壓器AC兩相高壓繞組從系統(tǒng)受電，為一次側(cè)，其10kV低壓繞組為二次側(cè)。線路B相接地時，高壓側(cè)的正序、負(fù)序阻抗近似無窮大，相當(dāng)于變壓器低壓側(cè)開路。

三相低壓繞組的電壓分別為Ua、Ub、Uc相低壓繞組串聯(lián)，電壓Ua+Uc施加于B相低壓繞組，所以變壓器B相的低壓繞組相當(dāng)于一次側(cè)，其高壓繞組相當(dāng)于二次側(cè)。B相高壓繞組輸出電壓UbN向線路供給短路電流，因低壓側(cè)相當(dāng)于串聯(lián)回路，電流大小相等，方向相同，高壓側(cè)繞組也出現(xiàn)大小相等，方向相同的電流，這與故障錄波數(shù)據(jù)一致，進(jìn)一步證明了線路B相在接地后，1#變中性點避雷器也立刻擊穿。

35kV系統(tǒng)屬于不接地系統(tǒng)，正常情況下發(fā)生單相接地后，系統(tǒng)允許短時間運(yùn)行，此時未接地相電壓上升到線電壓，接地相電壓為0，中性點電壓升為相電壓。桃花變發(fā)生單相接地后，根據(jù)式（2）計算單相接地后，1#主變中性點最高可能出現(xiàn)電壓為23.1kV，而避雷器銘牌額定電壓為30kV；如果避雷器絕緣良好，就不可能發(fā)生立刻擊穿現(xiàn)象。

根據(jù)全絕緣變壓器中性點避雷器選型原則，按照第二條選擇典型相對地避雷器額定電壓的60%避雷器，因此可以排除設(shè)備選型不符合，過電壓造成避雷器擊穿。

1#主變中性點避雷器在正常運(yùn)行情況下，中性點基本不會有電壓，可以排除ZnO避雷器閥片老化，引起絕緣下降，造成避雷器擊穿。因此1#主變中性點避雷器擊穿是由于受潮，引起絕緣下降，造成擊穿。1#主變中性點避雷器歷史數(shù)據(jù)合格，可以排除生產(chǎn)過程中閥片及內(nèi)部零部件烘干不徹底，有部分潮氣滯留，造成避雷器受潮。

由此可以得出結(jié)論，1#主變中性點避雷器是在運(yùn)行過程中受潮。1#主變中性點避雷器上下密封面都是通過螺栓固定的，密封良好。壓力釋放噴口如圖2所示，壓力釋放裝置已動作，從圖中可以看出噴口的密封主要靠表面膠水，沒有密封圈，也沒有任何固定，隨著運(yùn)行年限增加，膠水會老化，造成密封不良，潮氣進(jìn)入。因此，1#主變中性點避雷器受潮是由于壓力釋放裝置蓋板密封不良引起的。

結(jié)論

綜上所述，1#主變中性點避雷器壓力釋放蓋板密封不良受潮擊穿，引起1#主變中性點接地，造成蝦桃3551保護(hù)動作。為了有效防止線路單相接地引起主變中性點避雷器擊穿，建議選用生產(chǎn)技術(shù)成熟、口碑良好的廠家。額定電壓選用典型設(shè)計相對地避雷器，把好設(shè)備入門關(guān)，嚴(yán)格根據(jù)周期開展C級檢修，及時更換存在隱患避雷器，將隱患從源頭消除，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。