500kV单相变压器中性点环流分析与改造措施探究

刘浩

摘要：一般情况下，关于500kV单相变压器中性点接地方面会有两种设计方案。一种是中性点汇流母线两端通过引下线与主接地网连接，另一种是汇流母线一端通过引下线与主接地网连接。要求500kV单相变压器严格按照该地区的变电站要求，选择中性点接地方式，并加强对中性点环流情况进行分析，为接下来的改造方案设计提供参考依据。

关键词：500kv;变压器;

1 500 kV单相变压器中性点接地方式

1.1 一端一点接地

大多数500kV变压器的中性点在接地时都会选择这种接地方式。一端一点接地指的是只有一根接地引下线从汇流母线一端引出，并与接地网完成连接。如果接地引下线受到了破坏，或者长时间缺少维修养护而自然辐射，接地引下线的截面会缩小，严重时也会发生断裂现象，设备的热稳定将不能满足500kV变压器运行要求，这时电网运行也会出现接地故障或者短路故障。由此可见，一端一点接地的500kV变压器中性点接地方式缺乏安全性与可靠性，但是接地引下线可以通过电流较小的三相不平衡电流，如下公式所示：IA+IB+IC=I。

1.2 π型接地

这种接地方式要求500kV变压器中性点有两根引下线可以与接地网进行连接，两根引下线需要符合500kV变压器热稳定需求。因此，这种连接方式就产生了500kV变压器中性点汇流母线两端分别引出接地引线，并与接地网不同点连接的接地方式，人们将其称为π型接地方式。该中性点接地方式可以满足500kV变压器设备中两根引下线备用需求，也提高了500kV变压器运行的安全性，但是引下线也会通过大小相等、方向却相反的电流。

1.3 一端两点接地

为了防止以上两种接地方式存在的弊端，人们又使用了500kV单相变压器中性点匯流母线一端引两根接地引下线与接地网连接的方式。设备正常运行时，引下线电流和只达到500kV单相变压器自身不平衡电流，当500kV单相变压器发生故障时，这种接地方式还会对故障电流产生分流效果，降低故障电流对500kV单相变压器接地装置产生的不利影响。

2 500 kV单相变压器中性点环流分析

变电站中，三台单相自耦500kV单相变压器通过防火墙分隔集中布置，并组成了一个单元，500kV单相变压器中性点出现套管短接之后，两侧引下线与帝王相连接，最终形成了π型接地方式，如图1所示。其中500kV单相变压器汇流母线、引下线以及水平接地之间电抗小，在探究中性点环流情况时可以忽略，只需要分析电阻即可，等效电路如图2所示。图2中，RAB和RBC分别代表的是500kV单相变压器中性点接地间汇流母线电阻情况，R1和R2代表的引下线的电阻，R3和R4代表的是水平接地极电阻，而RN1-RN3表示的是地网接地电阻。如果将水平接地极电阻忽略，在计算电阻时就会出现偏差。假设I1与I2是500kV单相变压器中流过两条引下线的电流，按照基尔霍夫定律得知I1+I2=IA+IB+IC。

500kV单相变压器中三相不平衡电流比较小，电流和为零，因此两条引下线中电流大小相等，但是方向相反，能够推算出变电站接地网电阻超过0.5Ω，低于1Ω;水平接地极电阻为0.9Ω。根据这一现象可以推断出500kV单相变压器中性点环流I1和I2只会通过R3与R4后完成电流的汇合，在运行中不会经过接地网流入大地。人们在计算这两处电流数据时，会使用并联支路电流分流原理，通过叠加法计算三相电流影响下通过500kV单相变压器的两侧引下线电流情况。并得知，对于500kV单相变压器中性点的π型接地方式，环流大小与500kV单相变压器中性点环路电阻关系密切，当汇流母线、引下线以及水平接地极适用不同规格型号导体时，500kV单相变压器中性点环流大小会不同。由此可见，环流在500kV单相变压器中性点环路中流动，环路外流动数据为零，因此环流不会让接地网的电位升高，因此进行继电保护，以防止500kV单相变压器运行时产生二次回路干扰。

某500kV，3×250MVA单相变压器组成了三相变压器中性点汇流母线的接地方式。当500kV单相变压器处于有功650 MW和无功109MVA的运行情况下，人们测量通过500kV单相变压器的电流情况，测得不平衡电流I只有2.7A。随后，研究人员对变压器中性点环流情况加以分析，将500kV单相变压器的中性点接地方式改成了π型接地方式，在同样有功650 MW和无功109MVA状态下，两根引下线中通过的电流分别为157.4A和155.2A，两根接地引下线电流差只有2.2A，可见500kV单相变压器中存在不平衡电流情况。经过分析得知，500kV单相变压器的中性点汇流母线使用π型接地方式时，引下线中会出现大小相同方向却相反的电流，电流量较大。过大的电流会让500kV单相变压器金属结构与接头处发热，产生电能损耗后也会造成装置的腐蚀，进而引发电磁污染情况。

3 针对500 kV单相变压器的改造措施分析

3.1 实际案例

根据人们对500kV单相变压器的设计来看，变压器设备汇流母线经常采用管母线、耐热铝合金绞线;引下线和水平接地极采用扁钢。假设某500kV单相变压器的主编额定容量为750 MVA，设备三相负荷可以达到平衡，通过有效方式计算500kV单相变压器中心的环流大小，具体分析如下： （1） 方案一中汇流母线为管母6063G-130/116，引下线为铜排TMY-80×5，地中接地线为扁钢-60×8，相电流为866A，环流大小为34.94A，环流占相电流的4.03%。 （2） 方案二中汇流母线与方案一相同，引下线与地中接地线同为扁钢-60×8，相电流大小为866A，环流大小为18.81A，环流在相电流大小中所占比例为2.17%。 （3） 方案三中汇流母线为耐热铝合金导线，型号具体为NRLH60GJ-1440/120，其中引下线与汇流母线相同，地中接地线与方案一、方案二相同，也是扁钢-60×8，相电流[3大]小为866A，环流为45.09A，环流占相电流的5.20%。

某变电站中500kV单相变压器在设计时采用了方案一，变电站运行了多年，至今未出现与500kV单相变压器中性点有关的故障问题。这说明该变电站中500kV单相变压器中性点的环流不大，不会对设备造成影响，也不会对变电站的正常运行产生干扰。

3.2 针对500 kV单相变压器中性点环流的改造措施

根据以上对500kV单相变压器中性点接地方式的计算与分析，发现方案一情况下中性点环流不大，但是如果不采用有效措施制止，环流就会长期存在于电网系统中，进而产生电力损耗，也会加速对水平接地极的腐蚀。根据实际情况，建议采用500kV单相变压器主变中性点单点接地的方式，消除中性点处的环流，只有这样才能够保证引下线接地可靠。不仅如此，还可以从500kV单相变压器中性点引两根引下线，与接地网相连接，并使用支柱绝缘子将引下线固定在B相防火墙两端。

建议工作人员按照相关规定在500kV单相变压器发生故障的第一时间，核实变压器中性点处接地引下线热稳定情况，确保其热稳定可以满足电网系统短路容量不会持续增加。要求变电站的工作人员在规定时间范围内检测500kV单相变压器接地引下线中通过的电流，使用成像仪或者红外线监测仪对500kV单相变压器中性点套管的连接处加以监测，了解汇流母线处温度变化情况，如果温度持续升高就应引起重视，并采用有效的方式平衡温度，防止汇流母线接线处温度过热出现断线故障。要求工作人员在日常工作中加强对500kV单相变压器引线接地装置的维护与检修，发现500kV单相变压器存在潜在故障时应进行开挖检查。加强对接地网开挖检查和地下施工时的有效管理，应用先进的信息化技术监测系统来了解相关数据信息，通过数据分析防止外在因素对500kV单相变压器接地引线和地网造成不必要的损坏。

4 结语

总而言之，变电站中建议对500kV单相变压器主变中性点采用单点双线的接地方式，以保护设备不受内外因素干扰。如果500kV单相变压器处于长期运行的老旧变电站，短期时间内存在的环流不会影响变电站的安全运行，要求工作人员注意长期存在的环流，建议加大资金投入，改造500kV单相变压器装置，以消除来自环流的安全隐患。

参考文献

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[2]欧小冬，方善臣，李英，等.500kV发电机单相变压器直流偏磁噪声试验[J].变压器，2017，54 （4） ：46-52.

[3]唐芳軒.500kV单相变压器组中性点接地方式探讨[J].高压电器，2014 （3） ：233-234.