500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地分析

樊红克

摘要：针对500 kV自耦变压器的中性点经过小电抗接地进行研究，对限制短路电流的方法进行了梳理，分析了500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地的机理，并探讨了中性点和主变入口处的过电压，最终得出相应结论。

关键词：500 kV自耦变压器；中性点；接地方式；过电压

中图分类号：TM411+.3；TM862+.3 文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）09－0010－02

在电网中，对500 kV自耦变压器来说，其中性点接地方式的选择是一项系统而复杂的工作，它涉及多个方面的问题，比如继电保护、过电压、通信和设备的制造工艺等。近年来，500 kV变电站不断涌现，机组的装机容量在不断增大，线路也在集中投产。在变压器的选择上，广泛使用了降压型自耦变压器，其中性点的接地普遍采用直接接地方式。这种接地方式会极大地降低系统的零序电抗，使220 kV侧的母线单相短路电流超出了断路器的开断能力，从而对电网的稳定运行构成威胁。因此，将接地方式改为中性点经小电抗接地，本文即对此展开研究。

1短路电流限制措施分析

对当前出现的短路电流限制方法进行梳理，主要有以下四种：①实施电网的分层和分区运行。采用这种方法进行短路电流的限制，既经济又有效，并且操作简单。随着电网结构的不断紧密，这种方法也存在一定的弊端。在一些变电站中，没有采用母线分裂的运行方式，如果采用分层和分区的短路电流限制方法会使运行方式更加复杂，令威胁电网的安全。②利用高阻抗变压器。这种方法可以有效降低短路电流。当前，一些短路电流较大的500 kV变压器，其高阻抗通常取为18%～20%.③使用三绕组变压器。放弃使用自耦变压器，而是采用三绕组变压器，对减小500 kV变电站中的220 kV母线侧短路电流来说，具有较好的效果，但是，它同时也需要增大短路阻抗或改变中性点的接地数目。其中，前者会增加系统的无功损耗，后者会降低系统的接地程度。④变压器经过小电抗接地。这种方法对500 kV自耦变压器的220 kV侧母线单相短路电流的减小来说，有着十分明显的效果，但是，在减小三相短路电流方面则效果甚微。这种方式不会受电网运行方式的影响，会在一定程度上降低变压器的中性点绝缘水平，对变压器制造来说十分有利。此外，它还可以防止更换断路器，节省了投资。

2中性点经小电抗接地原理分析

500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地的电气接线图如图1所示。其中，变压器的连接方式为YNynd自耦型。将二次侧折算到一次侧，可以将一次侧和二次侧的绕组端点电位差表示为：

.（1）

式（1）中：U1n——一次侧端点与中性点的电位差；

Un——中性点电位；

U11n——二次侧端点与中性点的电位差；

U1N——一次侧的额定电压；

U11N——二次侧的额定电压。

将各绕组分别断开后，计算折算到其他侧的等值零序电抗，并求出星形零序等值电路，如图2所示。由此可见，在该系统中，接入一个小电抗值后，零序等值电抗值发生了改变，接入的电抗值越大，零序等值电抗也越大。这也就是在接入小电抗后，可以对不对称故障短路电流进行限制的原因。

图1中性点经小电抗接 图2中性点经小电抗接地的自耦

地接线图 变压器零序等值电路图

3中性点的过电压分析

在小电抗接地系统中，自耦变压器中性点的过电压水平会受阻抗值的影响，本节先对这一问题进行研究。表1中给出了自耦变压器中性点小电抗接地时的过电压水平。

表1自耦变压器中性点经小电抗接地时的过电压水平

小电抗阻值/Ω 中性点操作过电压幅值/kV 中性点工频过电压有效值/kV

5 117.3 14.2

10 211.2 289

15 267.1 35.3

20 279.5 50.3

30 279.5 50.3

从表1中可以看出，将电抗值取为15 Ω是最适宜的。在操作过电压的作用下，主变压器的中性点需要承受260 kV的电压，尽管将小电抗取为15 Ω，操作过电压也有可能会超出主变压器的中性点绝缘水平。如果将避雷器装设在中性点上，电流不会超过1 kA，还可以抑制中性点的操作过电压。如果小电抗的阻值取得过小，中性点会出现较大的电流，这无疑会提高小电抗的技术参数要求，就工程应用来说是极为不利的。如果将小电抗值取得过大，中性点的过电压水平会有所提高，相应主变压器的中性点绝缘也会被抬高。

表2中性点操作过电压水平

工况 中性点操作过电压幅值/kV

单相接地短路 267.1

一相断线 79.8

两相断线 82.3

一相断线后接地短路 151.3

就主变压器的中性点操作过电压水平而言，在单相接地短路故障的情况下，自耦变压器的中性点处会出现暂时的过电压，可以将该过电压分为两个部分，即暂态和稳态。其中，暂态的波头在200 μs～2 ms之间，属于操作波的波形；稳态属于工频过电压。表2中给出了各工况下中性点操作过电压的值。由此可见，在自耦变压器的中性点处，非全相运行所造成的过电压并不高，操作过电压的幅值在80 kV左右，所以，在一般情况下，非全相运行故障时造成的过电压，对主变压器的中性点绝缘来说不会构成威胁。但是，如果是单相接地短路故障，在中性点处将会产生不允许的过电压，此时，应该采取相应的避雷器进行保护。主变压器中性点的工频过电压分析，表3给出了最终的计算结果。表3 自耦变中性点小电抗工频过电压工况 中性点操作过电压幅值/kV单相接地短路 37.4一相断线 7.2两相断线 4.8一相断线后接地短路 18.95通过分析可以得出以下结论：在500 kV自耦变压器中，500 kV侧发生的短路故障所产生的操作过电压和工频过电压要比220 kV侧短路时的情况严重得多。就200 kV出线来说，其条数越少，500 kV侧发生短路时中性点处产生的过电压就越高。在非全相运行故障下，自耦变压器主变中性点产生的过电压不是很高，它一般不会对中性点的绝缘造成威胁。4 结束语针对500 kV自耦变压器的中性点经过小电抗接地进行研究，对限制短路电流的方法进行了梳理，分析了500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地的机理，探讨了中性点和主变入口处的过电压。由此可见，在500 kV自耦变压器中，采用中性点经小电抗接地的方式不仅能够满足零序保护的要求，同时也能够很好地抑制单相短路电流。另外，它在消除中性点部分接地所产生过电压时也有很好的效果，可以有效防止对通信线路造成的干扰，提高电网的稳定性。采用这种接地方式后，其母线短路电流不会受到限制，因为该电流主要是来自电网。因此，这种方法具有良好的使用前景，应该在电网中被大力推广和应用。参考文献［1］江林，王自强，张庆庆，等.500 kV及220 kV自耦变压器对电网单相短路电流的影响［J］.电力系统保护与控制，2008，36（18）：108-1l2．〔编辑：白洁〕500 kV Autotransformer Neutral Anti-grounded Analysis by Small ElectricFan HongkeAbstract: Neutral point 500 kV autotransformer through small reactance grounding conduct research on ways to limit short-circuit current of the sort analyzed by small reactance grounding mechanism 500 kV autotransformer neutral point, and discusses the of the entrance point and the main transformer over-voltage, and ultimately draw the appropriate conclusions. Key words: 500 kV autotransformer; neutral; grounding; overvoltage