CN109217250A - 一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置，包括：控制器以及封闭于高压套管内的可控快速接地开关和避雷器。控制器，用于***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护；避雷器，用于在雷电和操作过电压下，进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。本发明采用封闭式保护方式，能够使装置的动作特性不受环境因素的影响；充分利用了避雷器和可控快速接地开关各自的优点，能够为110kV和220kV变压器中性点提供最可靠、完备的保护，大大提高了***的稳定性和安全性。
Description
技术领域
本发明涉及变压器中性点保护技术领域，并且更具体地，涉及一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置及保护方法。
背景技术
为限制单相接地短路电流，防止通讯干扰和继电保护的整定配置等要求，110kV和220kV中性点有效接地***中，部分变压器中性点常采取不接地运行方式。在运行过程中，变压器中性点可能会承受雷电、操作、工频和谐振过电压，这些过电压可能会对变压器中性点的绝缘造成损害。
目前，我国不接地变压器中性点常采用单一棒间隙保护、单一氧化锌避雷器保护和无间隙氧化锌避雷器与棒－棒间隙并联保护，如附图1所示，都没有很好地解决变压器中性点的保护问题。(1)单一棒间隙在雷电冲击作用下，间隙击穿产生截波，危及变压器中性点绝缘；另外，在实际运行中由于保护间隙不能自熄弧，需要靠继电保护切断电弧，由此可能引发继电保护误动问题。(2)单一金属氧化物避雷器在***发生单相短路接地且失地或非全相运行等情况下容易发生损坏或***。(3)无间隙金属氧化物避雷器与棒－棒间隙并联，由于避雷器保护水平、棒间隙动作特性与变压器中性点的绝缘水平之间的配合要求很苛刻，实现非常困难。
鉴于间隙、避雷器及间隙与避雷器并联保护都存在固有的缺陷，如何为110kV和220kV变压器中性点提供可靠和完备的保护为急需解决的问题。
发明内容
本发明提出一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置及保护方法，以解决如何为110kV和220kV变压器中性点提供可靠和完备的保护的问题。
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置，所述装置包括：控制器以及封闭于高压套管内的可控快速接地开关和避雷器，通过所述可控快速接地开关和避雷器联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护；
所述控制器，用于***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，控制所述可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护；
所述避雷器，用于在雷电和操作过电压下，进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用72.5kV电压等级；
对于220kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用126kV电压等级。
优选地，其中所述控制器包括：
检测模块，用于检测母线三相电压；
低通滤波模块，用于对监测的母线三相电压进行滤波处理；
有效值计算模块，用于对经过滤波处理的母线三相电压进行有效值计算，获取电压有效值；
逻辑控制模块，用于判断所述电压有效值是否大于等于预设的开关动作阈值，若所述电压有效值大于等于预设的开关动作阈值时，发送合闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行合闸动作；反之，发送分闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行分闸动作。
优选地，其中所述高压套管为瓷质，封闭的高压套管内填充有SF6、N2和绿色环保型气体混合的绝缘气体。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，避雷器的额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；或者避雷器的额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；
对于220kV变压器中性点，避雷器的额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
根据发明的另一个方面，提供了一种对110kV和220kV变压器中性点进行保护方法，所述方法包括：通过可控快速接地开关和避雷器联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护，其中，
当***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护；
在雷电和操作过电压下，避雷器进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用72.5kV电压等级；
对于220kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用126kV电压等级。
优选地，其中所述利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护，包括：
利用检测模块检测母线三相电压；
利用低通滤波模块对监测的母线三相电压进行滤波处理；
利用有效值计算模块对经过滤波处理的母线三相电压进行有效值计算，获取电压有效值；
利用逻辑控制模块判断所述电压有效值是否大于等于预设的开关动作阈值，若所述电压有效值大于等于预设的开关动作阈值时，发送合闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行合闸动作，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护。
优选地，其中所述高压套管为瓷质，封闭的高压套管内填充有SF6、N2和绿色环保型气体混合的绝缘气体。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，避雷器的额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；或者避雷器的额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；
对于220kV变压器中性点，避雷器的额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
本发明提供了一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置及保护方法，主要由可控快速接地开关与避雷器联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护，包括：当***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，从母线电压互感器测得的电压信号满足所设定的开关动作阈值时，利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护；在雷电和操作过电压下，避雷器进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。本发明的保护装置取消了以往保护装置中常采用的敞开式空气间隙，采用封闭式保护方式，能够使装置的动作特性不受环境温度、湿度、海拔高度等因素的影响；充分利用了避雷器和可控快速接地开关各自的优点，有效地解决了避雷器在工频过电压下易发生危险、间隙在雷电冲击下产生截波等间隙与避雷器并联保护中存在绝缘配合困难的问题，能够为110kV和220kV变压器中性点提供最可靠、完备的保护，大大提高了***的稳定性和安全性。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为现有的变压器中性点保护示意图；
图2为根据本发明实施方式的110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置的结构示意图；
图3为根据本发明实施方式的110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置的布置结构图；以及
图4为根据本发明实施方式的110kV和220kV变压器中性点保护方法400的流程图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图2为根据本发明实施方式的110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置200的结构示意图。如图2所示，本发明的实施方式提供的110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置取消了以往保护装置中常采用的敞开式空气间隙，采用封闭式保护方式，能够使装置的动作特性不受环境温度、湿度、海拔高度等因素的影响；充分利用了避雷器和可控快速接地开关各自的优点，有效地解决了避雷器在工频过电压下易发生危险、间隙在雷电冲击下产生截波等间隙与避雷器并联保护中存在绝缘配合困难的问题，能够为110kV和220kV变压器中性点提供最可靠、完备的保护，大大提高了***的稳定性和安全性。本发明的实施方式提供的110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置200，包括：控制器201以及封闭于高压套管202内的可控快速接地开关203和避雷器204，通过所述可控快速接地开关203和避雷器204联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护。
优选地，所述控制器201，用于***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，控制所述可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护。
优选地，其中所述控制器201包括：检测模块，用于检测母线三相电压；低通滤波模块，用于对监测的母线三相电压进行滤波处理；有效值计算模块，用于对经过滤波处理的母线三相电压进行有效值计算，获取电压有效值；逻辑控制模块，用于判断所述电压有效值是否大于等于预设的开关动作阈值，若所述电压有效值大于等于预设的开关动作阈值时，发送合闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行合闸动作；反之，发送分闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行分闸动作。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用72.5kV电压等级；对于220kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用126kV电压等级。
优选地，所述避雷器204，用于在雷电和操作过电压下，进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，避雷器的额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；或者避雷器的额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；
对于220kV变压器中性点，避雷器的额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
优选地，其中所述高压套管为瓷质，封闭的高压套管内填充有SF6、N2和绿色环保型气体混合的绝缘气体。
图3为根据本发明实施方式的110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置的布置结构图。如图3所示，在本发明的实施方式中，110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置，集可控快速接地开关与控制器、避雷器、电流互感器、套管于一体，由变压器中性点可控快速接地开关与中性点避雷器联合使用，综合控制。取消了以往保护装置中常采用的间隙，可使设备动作特性不受环境温度、湿度、海拔高度等因素的影响，大大提高了设备的动作稳定性和可靠性。另外，保护装置采用可控快速接地开关，取消间隙，还可以避免间隙动作所产生的截波对变压器中性点绝缘的冲击，更有利于保护变压器中性点。
封闭式设计能够有效避免外界环境因素对保护设备的影响和干扰，大大提高设备的动作稳定性和可靠性。同时，更利于设备小型化，有效减小设备的尺寸和占地。在本发明的实施方式中，高压套管为瓷质。高压套管内部可包括SF6、N2、绿色环保型混合气体等绝缘气体，或者也可以设置为真空状态。110kV变压器中性点用套管应至少采用72.5kV电压等级；220kV变压器中性点用套管应至少采用126kV电压等级。
可控快速接地开关的合闸时间≤60ms，分闸时间≤100ms。可控快速接地开关的断口位置可由其断口观察窗直接看到。一般地，110kV变压器中性点用接地开关应至少采用72.5kV电压等级；220kV变压器中性点用接地开关应至少采用126kV电压等级。可控快速接地开关的动作特性由控制器决定。控制策略包括：***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压时，判断从母线电压互感器测得的电压信号是否满足所预设的开关动作阈值，如果满足，则控制可控快速接地开关闭合，可靠保护变压器中性点绝缘和避雷器；以及在雷电和操作过电压下，避雷器动作，限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
控制器由检测模块、低通滤波模块、有效值计算模块、逻辑控制模块、开关控制模块，以及将上述模块封装成一体的机箱组成。检测模块用于母线三相电压的采集，采集的电压值经低通滤波模块滤波后，进行有效值计算，计算结果经逻辑控制模块进行判断后，送至开关控制模块，控制可控快速接地开关进行合闸或分闸动作。
在本发明的实施方式中，避雷器为封闭式无间隙金属氧化物避雷器。110kV变压器中性点避雷器有两种：一种避雷器额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；一种避雷器额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；220kV变压器中性点避雷器额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
零序电流保护CT用于对***进行保护，采用户外干式，规格型号可选用200-400/5A，5VA，10P20。
图4为根据本发明实施方式的110kV和220kV变压器中性点保护方法400的流程图。如图4所示，本发明的实施方式提供的对110kV和220kV变压器中性点进行保护方法400通过可控快速接地开关和避雷器联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护。本发明的实施方式提供的对110kV和220kV变压器中性点进行保护方法400从步骤401处开始，在步骤401当***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护。
优选地，其中所述利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护，包括：利用检测模块检测母线三相电压；利用低通滤波模块对监测的母线三相电压进行滤波处理；利用有效值计算模块对经过滤波处理的母线三相电压进行有效值计算，获取电压有效值；利用逻辑控制模块判断所述电压有效值是否大于等于预设的开关动作阈值，若所述电压有效值大于等于预设的开关动作阈值时，发送合闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行合闸动作，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用72.5kV电压等级；对于220kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用126kV电压等级。
优选地，在步骤402在雷电和操作过电压下，避雷器进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
优选地，其中对于110kV变压器中性点，避雷器的额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；或者避雷器的额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；对于220kV变压器中性点，避雷器的额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
优选地，其中所述高压套管为瓷质，封闭的高压套管内填充有SF6、N2和绿色环保型气体混合的绝缘气体。
本发明的实施例的110kV和220kV变压器中性点保护方法400与本发明的另一个实施例的用110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置200相对应，在此不再赘述。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。
Claims (10)
1.一种110kV和220kV变压器中性点封闭式智能保护装置，其特征在于，所述装置包括：控制器以及封闭于高压套管内的可控快速接地开关和避雷器，通过所述可控快速接地开关和避雷器联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护；
所述控制器，用于***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，控制所述可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护；
所述避雷器，用于在雷电和操作过电压下，进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
对于110kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用72.5kV电压等级；
对于220kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用126kV电压等级。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器包括：
检测模块，用于检测母线三相电压；
低通滤波模块，用于对监测的母线三相电压进行滤波处理；
有效值计算模块，用于对经过滤波处理的母线三相电压进行有效值计算，获取电压有效值；
逻辑控制模块，用于判断所述电压有效值是否大于等于预设的开关动作阈值，若所述电压有效值大于等于预设的开关动作阈值时，发送合闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行合闸动作；反之，发送分闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行分闸动作。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述高压套管为瓷质，封闭的高压套管内填充有SF6、N2和绿色环保型气体混合的绝缘气体。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
对于110kV变压器中性点，避雷器的额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；或者避雷器的额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；
对于220kV变压器中性点，避雷器的额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
6.一种使用如权利要求1所述的装置对110kV和220kV变压器中性点进行保护方法，其特征在于，所述方法包括：通过可控快速接地开关和避雷器联合使用，综合进行控制以对变压器中性点进行保护，其中，
当***发生威胁变压器中性点绝缘的单相接地且失地或非全相运行工频过电压，并且母线电压互感器测量的电压信号满足预设的开关动作阈值时，利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护；
在雷电和操作过电压下，避雷器进行动作以限制变压器中性点过电压，保护变压器中性点绝缘。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对于110kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用72.5kV电压等级；
对于220kV变压器中性点，所述可控快速接地开关至少采用126kV电压等级。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用控制器控制可控快速接地开关闭合，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护，包括：
利用检测模块检测母线三相电压；
利用低通滤波模块对监测的母线三相电压进行滤波处理；
利用有效值计算模块对经过滤波处理的母线三相电压进行有效值计算，获取电压有效值；
利用逻辑控制模块判断所述电压有效值是否大于等于预设的开关动作阈值，若所述电压有效值大于等于预设的开关动作阈值时，发送合闸命令至开关控制模块，控制所述可控快速接地开关进行合闸动作，对变压器中性点绝缘和避雷器进行可靠保护。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高压套管为瓷质，封闭的高压套管内填充有SF6、N2和绿色环保型气体混合的绝缘气体。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
对于110kV变压器中性点，避雷器的额定电压为60kV，持续运行电压为48kV，标称放电电流1.5kA；或者避雷器的额定电压为72kV，持续运行电压为58kV，标称放电电流1.5kA；
对于220kV变压器中性点，避雷器的额定电压为146kV；持续运行电压为116kV，标称放电电流1.5kA。
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