6.4避雷器和可控间隙并联

可控间隙的放电电压是受控的。在雷电过电压下，可控间隙不击穿；当系统产生威胁变压器绝缘 的工频过电压时，可控间隙受控击穿。避雷器和可控间隙并联结构如图1所示，避雷器的选取同6.2， 可控间隙典型结构参见附录F。

图1避雷器和可控间隙并联结构示意图

控制方式如下： a）在运行电压下，可控间隙和避雷器均不动作。 b）当有效接地系统发生单相接地故障但不失地时，其工频过电压对中性点绝缘无威胁，可控间隙 和避雷器均不动作：当孤立不接地系统发生单相接地故障且失地或非全相运行故障时，控制回 路向可控间隙发触发信号，可控间隙动作环保标准，保护变压器中性点绝缘和避雷器。 c）在雷电过电压下，避雷器动作限制变压器中性点过电压，可控间隙不动作。

对于分级绝缘且中性点装设间隙的变压器，除了装设两段零序电流保护用于变压器中性点直接接

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地运行情况以外，还应增设反映间隙放电电流和零序电压的间隙保护，作为变压器中性点经放电间隙 接地时的接地保护

7.2间隙接地保护配置

8.1.1保护间隙安装要求如下：

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a）安装前应进行外观检查； b）安装时应考虑与周围物体的距离，间隙与周围接地物体的距离应大于1m，离地面的距离不应 小于2m； c）安装时应可靠固定螺栓，确保保护间隙与变压器中性点、发电厂或变电站主接地网可靠连接； d）间隙安装后，应测量间隙的实际距离，确认距离满足要求，并做好记录； e）为防止变压器中性点接地引下线或中性点隔离开关在零序电流冲击下断开，造成事故扩大，应 确保变压器中性点至接地引下线整个回路的通流能力满足要求，安装时应做好接头的接触和 蚀情况的检香

3.1.2避雷器安装要求如下

a厂安装前应进行外观检查 b）安装前完成避雷器交接验收试验； c）安装时应可靠固定螺栓，确保避雷器与变压器中性点、发电厂或变电站主接地网可靠连接。 3避雷器和保护间隙并联安装要求如下： a）生产厂家应随产品提供安装使用说明书，说明书至少包含产品电气参数、安装图样、安装步 骤、操作要求等方面内容，对于文字不易表述清楚的地方应配图示加以说明； b）安装前应进行外观检查； c）安装前完成避雷器交接验收试验： d）安装时应可靠固定螺栓，确保避雷器、保护间隙之间，以及避雷器、保护间隙与变压器中性 点、发电厂或变电站主接地网可靠连接； e）安装完毕后，应测量固定间隙的实际距离，确认距离满足要求，并做好记录。

8.2.1保护装置挂网运行后，运行单位应同时建立产品档案，记录产品制造单位、型号、规格、主要 技术参数、挂网运行时间等内容。 8.2.2保护装置使用寿命期间，运行单位应定期和不定期维护，具体维护要求见附录G。 8.2.3运行期间应做好接头的接触和腐蚀情况的检查。 8.2.4对运行中发生的保护装置故障或缺陷等，应收集残留物和现场图片，加以分析改进

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附录A （资料性附录） 变压器中性点过电压类型

当输电线路或变电站遭受雷击时，雷电波会传播到变压器中性点，如果传输通道波阻抗不匹配， 就会发生多次雷电暂态波的折射和反射情况。一般情况下，变压器中性点上出现的最大雷电过电压 主要取决于变压器入口处的避雷器残压（或放电电压）和变压器的特性，一般其过电压值可按下式 计算：

Um==(1+r)U,

n一一侵入雷电波的相数； 一一过电压振荡衰减系数，纠结式绕组取0.5，连续式绕组取0.8； U一一变压器入口处避雷器上的残压。 变压器中性点上的雷电过电压以三相同时进波最为严重，若此时雷电波在中性点上发生全反射， 理论上会产生近两倍入射波过电压（如图A.1所示）。雷电过电压会危及变压器中性点绝缘，必须 采取保护措施。实际上，由于铁芯损耗等阻尼作用，三相进波时中性点上的雷电过电压一般会低于理 论值。

图A.1雷电侵入波在中性点上的全反射

此外，当雷电波传输到变压器某一侧中性点时，可导致另外一侧的中性点也出现过电压，此时变 玉器高中低三侧可用纯电容模型等效，但由于受冲击电晕等影响，雷电波的幅值和陡度将降低，则变 玉器可用脉冲模型等效。该模型包含电磁传递和静电传递两部分（如图A.2所示），但由于雷电波的复 杂性和随机性，至今对其尚无准确的理论机理描述

A.2不对称短路引起的工频过电压升高

图A.2变压器脉冲等效模型

对于中性点有效接地系统，当系统发生单相接地

短路故障，以单相接地故障最为常见， 单相接地时，变压器中性点产

式中： 系统的零序阻抗； 系统的正序阻抗； Uah 系统的相电压。

A.3非全相运行引起的工频过电压升高

[U.m=(1+ r)U

在系统发生非全相运行时，由于三相处于不对称运行，这时系统会存在零序电压。当一相断开、 两相运行时，变压器中性点上的电位可达到0.5Uph；当两相断开、一相运行时，变压器中性点上的电 位可达到Uph。假如采用双侧电源供电，且只有一相运行，则情况更为严重；如果双侧电源不同步，则 相位差达到180°时，中性点上的电位有可能达到2Uph，并以一定的周期重复出现。如果参数满足谐振 条件，则中性点上的过电压可能更为严重，但这种情况是极为少见的。

A.4变压器中性点承受的主要过电压

全相运行过电压和单相接地过电压，后者包 接地系统带单相接地故障运行过电压和孤立不接地系统带单相接地故障运行过电压）、谐振过 作过电压和雷电过电压。选取典型变电站，对上述过电压进行仿真计算，结果见表A.1。

表A.1110kV和220kV变压器中性点过电压

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附录B （资料性附录） 断路器操作激发铁磁谐振过电压验算案例

图B.1案例电厂电气系统一次接线图

图B.2中性点不接地网络断路器拒分断线谐振示意电路图

中性点不接地网络断路器拒分断线谐振等值单机

b）非线性电感L与电容C的伏安特性

图B.4等值串联谐振回

220kV2号变压器额定线电压UL=220kV，额定容量Pn=90MVA，空载电流对额定电流的百分比 lo=0.55%，则变压器的初始励磁电抗Xiko为

Xk=V3U2/(I·P)=169(kQ）

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B.4b）所示，即满足谐振条件，串联谐振回路中的容抗Xc等于变压器的励磁电抗XLk，即

(B.2) (B3)

式（B.3）中的C2为负载变压器相间杂散电容，尚缺少该数据，但由于变压器绕组绝缘结构的物 点，变压器相间电容值较之于入口电容来说很小，式（B.3）进一步简化为

3C,X2.3.2)=.....

220kV变压器的入口电容为13000pF～15000pF，相对地电容值为其1/3；220kVGIS对地电容为 70pF/m，变压器到断路器间的GIS长度约为10m，则在式（B.3）中，C取5500pF；220kVGIS相间 杂散电容为0。故障操作时，高压侧带有150km线路，220kV线路导线对地电容典型值为7453pF/m， 代入有关数据得XLk=193k2。可见，XLk>XLk0，不符合实际情况，即产生基频及分频谐振的条件不 可能满足。可判断，电厂2号变压器中性点不接地运行且高压侧断路器操作中因操动机构故障出现非 全相动作或严重不同期时，不可能发生基频及分频铁磁谐振。 为了避免发生基频谐振，图B.4等值串联谐振回路中的容抗Xc应大于初始励磁电抗XLk0，即等值 电容C应足够小，线路很短，不产生基频谐振的条件为

即不产生基频谐振的条件式（B.2）恒满足。 对高频谐振的校验，理论上假设发生高频串联谐振，图B.4a）等值串联谐振回路中的容抗Xc(n)应 等于变压器的励磁电抗XiK(m)。

(3C,×2C)/(3C,+2C)+2C%<1/(1.5nXLko）

造成匝间绝缘击穿。 事故期间对2号主变压器进行操作时，由于2202断路器C相拒动，主变压器有电流通过中性点隔 离开关，而隔离开关接触不良产生火苗，值班员错误地手动拉开中性点接地开关，使主变压器因断路 器操作中操动机构故障出现非全相动作，在中性点上产生较高过电压而造成绕组匝间绝缘击穿。此 外，该主变压器中性点保护设计也存在缺陷，不应设220F避雷器22200隔离开关，这样当主变压器中 性点222000隔离开关在接触不良产生火苗而手动拉开时，中性点间隙和避雷器保护可自动投入，有效 地抑制中性点暂态过电压。 考虑到110kV断路器为三相联动结构，因操动机构故障出现非全相或严重不同期的概率很小，尚 未出现过由此危及中性点绝缘的情况，可不进行验算。220kV断路器为分相操作结构，如果能保证不 出现非全相或严重不同期，也可不做验算。否则，应验算产生铁磁谐振过电压的可能性。

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负极性下标准雷电波（1.2/50us）50%冲击放电电压；为50%冲击放电 电压的标准偏差，取为3%，在±3α的区间内概率为99.7%。

负极性下标准雷电波（1.2/50us）50%冲击放电电压；为50%冲击放电 电压的标准偏差，取为3%，在±3α的区间内概率为99.7%。

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D.1保护间隙技术条件

变压器中性点只装设间隙时，间隙放电电压应满足的技术条件如下： a）在雷电冲击下间隙应击穿以限制中性点的雷电过电压，考虑一定的裕度，间隙的雷电冲击放电 电压应满足：

k.k.U n5n% (1+30)

........)

ULBS50%— 参考标准大气条件下的空气间隙的雷电冲击放电电压； kt 环境修正系数； k16 一雷电冲击绝缘配合系数： Ue.i 变压器中性点雷电冲击耐受电压； k 变压器绝缘老化系数。 工程应用中，k可取0.85，k可取1.05；实际应用中，应根据现场应用条件计算。 按照间隙的保护原则，有效接地系统运行在最高电压下发生单相接地故障时，间隙不应击穿 间隙的工频放电电压下限满足的技术条件为

UGB一一参考标准大气条件下的空气间隙的工频放电电压； ue.~i一一变压器中性点短时工频耐受电压； Uyom——系统运行在最高电压下发生单相接地故障且中性点未失地时中性点上的过电压最大值。 同时，系统运行在最低电压下发生单相接地故障且中性点失地时，间隙应击穿，保护变压器中 性点绝缘，间隙的工频放电电压上限应满足：

Uso—系统运行在最低电压下发生单相接地故障且中性点失地时中性点上的过电压。 变压器中性点装设间隙和避雷器时，间隙和避雷器的技术参数核算如下： a 在雷电冲击下，理想状态下，避雷器应动作以限制中性点的雷电过电压，而间隙不动作 的雷电冲击放电电压应满足：

.1.2变压器中性点装设间隙和避雷器时，间隙和避雷器的技术参数核算如下：

kk.U.0.% (—3o)>U....

Uig避雷器雷电冲击保护水平（直流1mA下的参考电压）。 b）中性点在工频电压作用下，除满足D.1.1中b）和c）的要求外，避雷器还需满足以下条件

式中： UIN—避雷器额定电压。

居间隙距离的整定原则，间隙最大距离的选取应

表D.3变压器中性点绝缘的工频耐受裕度

表D.4变压器中性点绝缘的雷电冲击耐受裕度

E.1各省220kV和110kV变压器中性点间隙配置情况见表E.1。

E.1各省220kV和110kV变压器中性点间隙配置情况见表E.1。

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附录E （资料性附录） 不同省份变压器中性点保护配置情况

稀土标准表E.1各省的中性点间隙配置情况

表E.2各省的中性点间隙保护动作时间整定

附录F （资料性附录） 可控间隙成套保护装置结构和试验

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药品标准DL /T 1848 2018

b）时间判据。在雷电和工频两种过电压中，雷电过电压持续时间最短，雷电波的持续时间以微秒 计，经C3输入控制回路的电压信号的持续时间很短；而工频过电压的持续时间最长，达到数 秒，考虑到避雷器的耐受特性及避雷器的安全运行，控制回路需要在1s之内使可控间隙动作 切除故障。 考虑到二次回路的硬件动作时间t1、真空断路器的合闸时间t和电路预设的延时t3，控制回路动作 的电压持续时间判据见式（F.2）。

综上，控制回路的动作判据为：电压信号幅值超过U50%(1+3o)，且持续时间超过t3=1一t1一t