220 kV变压器中性点接地方式对零序电压的影响

李 爽，田庆阳，李鹏里，金 鑫

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006;2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

220 kV变压器中性点接地方式对零序电压的影响

李 爽1，田庆阳2，李鹏里1，金 鑫1

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006;2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

为分析在变压器高压侧出口发生单相短路条件下变压器运行方式对系统中性点零序电压的影响，利用对称分量法和序网络法建立了系统的三序网络模型，针对2台变压器低压侧并列运行和分列运行两种情况，研究了系统负荷对零序电压的影响，通过实例验证了分析的有效性。研究表明，系统零序电压与变压器运行方式和负荷综合作用有关。

零序电压;并列运行;分列运行;单相短路;中性点不接地;序网络

在220 kV及以上变电站中，根据调度运行的需要，如果2台变压器同时投入运行，一般采用1台变压器中性点直接接地，另1台变压器中性点间隙接地，即不接地的运行方式。当系统高压侧发生单相短路时，中性点间隙接地变压器的零序电压相应抬高［1-5］，其抬高的程度与变压器低压侧的运行方式和所带负荷大小有关。

本文以某220 kV变电站为例，根据变压器低压侧并列运行和分列运行两种方式，利用对称分量法和序网络法推导出了单相短路情况下变压器间隙接地时的零序电压［6-8］，讨论了负荷大小对零序电压的影响，并通过实例对其进行了验证。

1 原理

图1 变压器运行方式

系统中2台变压器的运行方式如图1所示，T1、T2为2台主变压器，T1为直接接地，T2为间隙接地，2台变压器所有参数相同。假设两种运行情况所带的负荷相同。对图1(a)进行系统等效 (如图2所示)。图中，x11为高压系统正序等效电抗、x21为2号主变所带负荷正序等效电抗、x31为1号主变所带负荷正序等效电抗、xT11为1号主变压器正序等效电抗、xT21为2号主变正序等效电抗，令xT21=xT11=xT。U为电源侧等效次暂态电势，E1、E2分别为负荷侧次暂态电势，U1为短路点的正序电压。

则正序等效电抗为

式 (11)说明，如果2台变压器带相同负荷，其低压侧在并列运行和分列运行时零序电压相等，模型等效。如果2台变压器所带负荷大小不等，则分列运行比并列运行零序电压高。

2 计算与分析

以图1所示的2种运行工况为例，变压器短路电压百分数Uk%=12.8，容量为120 MVA，T1的连接组别为YND11，T2的连接组别为YD11，系统高压侧的短路容量为18 000 MVA。

图2 并列运行时三序网络

图3 分列运行时三序网络

计算时取基准功率Sd=100 MVA，基准电压Ud=Uav，变压器零序电抗与正序电抗的比为1.5。分别计算负荷1:x2=0.4，x3=0.5;负荷2:x2=x3=0.7;负荷 3:x2=0.8，x3=0.6。对中性点不接地变压器零序电压的影响，计算结果如表1所示。图4、图5分别给出了变压器2种运行方式下，高压出口侧单相短路时的暂态电流波形。设在0时刻短路，0.5 s后短路消失，计算时间为3 s。由图4、图5可见，短路电流稳态后，其值与表1的计算结果接近，说明分析方法有效。

表1 不同负荷时对零序电压的影响 p.u

图4 并列运行时的短路电流波形

图5 分列运行时的短路电流波形

满负荷下，零序电压可达1.735 p.u，空载情况下，零序电压为1.714 p.u。对于220 kV变压器而言，如果中性点不接地，中性点的工频耐受电压为200 kV。表1的数据表明，如果中性点不接地，在变压器高压出口处发生单相短路时，其中性点零序电压在线电压范围，超过了设计的绝缘耐受电压200 kV，将造成绝缘击穿。

3 中性点接地方式对零序电压的限制

以图1所示系统为例，变压器短路电压百分数Uk%=12.8，容量为120 MVA。为方便起见，计算时忽略负荷，短路点为变压器高压出口侧。假设A相发生短路，短路时刻为0。变压器T2的中性点接地方式分别为不接地、直接接地和经10 Ω小电抗接地情况，零序电压的限制效果如表2所示。图6为变压器中性点接10 Ω小电抗时的短路电流波形。

表2 中性点接地方式对零序电压的限制效果

图6 中性点接小电抗时的短路电流波形

由表2可见，若变压器中性点直接接地，对零序电压具有很好的限制效果。不接地时最危险，容易对中性点的绝缘造成损害。中性点经小电抗接地可以限制零序电压水平［9-10］，计算表明，阻抗值越小抑制效果越好。中性点接小电抗还可以补偿系统的零序电容，减小短路电流。

在实际的电力系统运行中，变压器中性点接地方式要根据当时的运行工况和继电保护情况而定。

4 结论

a. 系统零序电压与变压器的运行方式和负荷的综合作用有关。

b. 2台变压器带相同负荷时，其低压侧在并列运行和分列运行时零序电压相等，模型等效。如果所带负荷大小不同，分列运行比并列运行时零序电压高。

c. 变压器中性点直接接地对零序电压具有很好的限制效果;中性点经小电抗接地可以限制零序电压水平;不接地时最危险，容易对中性点绝缘造成损害。

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Impact of 220 kV Transformer Neutral Point Grounding Modes on Zero Sequence Voltage

LI Shuang1，TIAN Qing-yang2，LI Peng-li1，JIN Xin1
(1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China 2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

To analysis the affection dergree of transfomrer operation modes on zero sequence voltage on condition of single phase short cirucuit at the high viltage terminal of the transformer，a three sequence networks model is established by means of sysmmetrical component method and sequence networks.The impact of load on zero sequence voltage is researched based on operation modes of the two transformers whose low voltage terminals are connected in parallel and independent，the validity is verified through an example.The results demonstrate that the zero sequence voltage is relative to the operation modes of the transformer and load.The zero sequence voltage when operating in parallel is equal to that of operating independent and the sequence networks are equivalent if the two loads are the same，otherwise，zero sequence voltage when operating independent is little higher than that of operating in parallel.Besides that，there is an excellent suppression effect on zero sequence voltage if the neutral point of the transformer is grounded directly，the zero sequence voltage is the highest if neutral point ungrounded which would likely have a damage to the insulation of netural point，the neutral point connected with a small reactance can also restrain the amplitude of the zero sequence voltage.

Zero sequence voltage;Operating in parallel;Operating independent;Single phase short circuit;Transformer;Netral point ungrounded;Sequence network

TM862;TM406

A

1004-7913(2014)03-0031-03

李 爽 (1985—)，男，硕士，工程师，现从事电力系统过电压与暂态分析研究工作。

2013-12-20)