50050000 k Vk VVV變電站主變中性點加裝小電抗的應用研究

胡宏宇,楊 柳

（1.江西省電力公司檢修分公司，江西南昌 330096；2.江西電力設計院，江西南昌 330029）

0 引言

隨著江西省國民經濟的不斷發展，用電需求大幅增加，2011年1月4日，江西電網統調最高用電負荷已突破12 020 MW。為滿足經濟發展對電力的需求，江西電網規模不斷擴大，電源建設、省外交換電力、變電站布點相對增多，網絡結構得到加強，但同時也使得短路電流問題在江西電網日益突出。

500 kV、220 kV自耦變壓器的應用造成電網大部分500 kV變電站和附近變電站220 kV母線的等值零序阻抗小于正序阻抗，導致220 kV母線單相短路電流超過三相短路電流水平。為此，有必要根據電網發展情況，研究多種措施來限制江西電網系統短路電流，包括在500 kV變電站主變中性點裝設小電抗。

1 500 kV主變壓器采取措施降低220 kV電網短路電流

1）增大500 kV變壓器的短路阻抗。

這一措施對降低500 kV變電站220 kV母線的短路電流有明顯效果。但隨著變壓器短路阻抗的增大，其本身的無功損耗大量增加，對系統的電壓水平影響較大，且有一定設計和制造難度。

2）用普通三圈變替代自偶變壓器[1]。

這一措施對降低500 kV變電站220 kV母線的短路電流有一定的效果。但要明顯降低短路電流，必須增大普通三圈變的短路阻抗或改變中性點接地數目。增加短路阻抗，也會使系統無功損耗增加，系統電壓水平降低；改變中性點接地數目，會降低系統有效接地程度。

3）變壓器中性點經小電抗接地。

采用中性點經小電抗接地則可將單相短路電流限制到三相短路電流水平[2]。由于江西電網的500 kV主變都是采用自耦變，其單相短路電流容易越限，較有效的解決方法是在500 kV自耦變的中性點安裝小電抗，這樣既不受電網的限制，極具推廣性，又可避免大量更換斷路器的繁雜工作和資金浪費，能帶來很好的社會和經濟效益。

2 500 kV夢山變電站主變中性點加裝小電抗

2.1 加裝小電抗的必要性

根據江西電網近遠期短路電流計算結果，“十二五”期間，江西電網220 kV系統短路電流水平大幅上升，多處超過50 kA，規劃采用500 kV/220 kV高、低壓電磁適度解環分區、部分變電站母線分裂運行、加裝變壓器中性點小電抗接地、提高斷路器的遮斷容量等措施來限制系統短路電流上升。

根據系統短路水平計算結果，江西電網在不采取限流措施情況下，2011年南昌變與夢山變220 kV母線短路電流已然超標，220 kV南觀I、II線南昌側解環后，220 kV母線單相短路電流水平均超過46 kA，遠高于其他變電站短路電流水平。為此，應優先考慮在南昌變、夢山變主變裝設小電抗器。從前期工作進展情況看，由于南昌500 kV變電站投運較早，現有的2臺主變，并擬擴建3號主變，受場地空間所限，在其中性點裝設小電抗器涉及問題較多。而夢山變現有1臺主變，2號主變擴建工程正在進行中，變電站預留了每臺主變裝設小電抗器場地，具備良好實施條件。因此，報告選擇在夢山變主變中性點裝設小電抗器，并以此作為試點，根據電網實際運行情況再總結推廣。

2.2 短路電流計算分析計算分析

綜合考慮計算水平年、計算網架和電源安排、主變接地、合環及解環運行方式、夢山主變接地方式、夢山變主變規模等條件，運用EMTP（ATP版）計算得出夢山主變中性點經不同小電抗阻值接地對其短路電流水平的限制效果，有資料表明[3-4]，在中性點電抗值大于30%~40%的UKH-M后，隨著中性點電抗值的增加，220 kV母線單相接地短路和兩箱接地故障短路電流僅降低1%~2%，短路電流的降低已經呈現飽和，選用大電抗已經體現不出經濟效益，所以取變壓器高中繞組零序電抗值的1/3約為12Ω進行分析計算[5，6]，計算結果如表1所示。

夢山主變中性點加小電抗接地可有效降低夢山變220 kV母線單相短路及兩相接地短路電流，其中對限制單相短路電流的效果更為明顯。如2020年解環方式下夢山變3臺主變各接1組12Ω小電抗，其220 kV母線單相短路、兩相接地短路電流分別下降21.34%、11.16%，由于其未改變網絡正序阻抗，所以220 kV母線三相短路電流及500 kV母線短路電流均未發生變化。

夢山變每臺主變中性點各接1組小電抗時，抑制其220 kV母線單相及兩相接地短路電流效果最佳。如2020年解環方式下夢山變1臺、2臺、3臺主變各接1組12Ω小電抗時，與主變直接接地相比，夢山變220 kV側單相短路電流降幅分別為5.38%、9.61%、21.34%，其220 kV側兩相接地短路電流降幅分別為3.58%、6.81%、11.16%。

由短路故障電流計算結果表可知道，加裝小電抗后，220 kV母線側短路短路電流可以控制在50 kA以下；到2015年和2020年，220 kV母線側短路短路電流在解環運行下，可以控制在50 kA以下，滿足斷路器遮斷容量的要求。

表1 夢山變接小電抗220 kV母線側短路故障電流計算結果表kA

表2 夢山變接小電抗500 kV母線側短路故障電流計算結果表kA

2.3 過電壓計算

2.3.1 工頻過電壓計算

根據中華人民共和國電力行業標準DL/T620-1997規定：500kV主變若直接接地，其中性點短時工頻耐受電壓（有效值）約85 kV；500 kV主變若經小電抗接地，其中性點短時工頻耐受電壓（有效值）約140 kV.

2015年運行方式下對夢山變壓器中性點裝12Ω電抗器進行工頻過電壓計算.線路正常運行，小電抗在不對稱接地故障下開路時，變壓器中性點最大工頻過電壓為78.58 kV，略大于中性點避雷器的額定電壓72 kV；當220 kV母線有3回線路退出運行，小電抗在不對稱接地故障下開路時，變壓器中性點最大工頻過電壓為88.62 kV；當220 kV母線分段運行，小電抗在不對稱接地故障下開路時，變壓器中性點最大工頻過電壓為90.10 kV。因此避雷器均會連續動作，由于不對稱接地故障持續時間一般最長不超過0.1 s，而中性點避雷器在吸收額定操作波能量后可耐受1.25倍其額定電壓的工頻過電壓的持續時間大于0.2 s，且發生3回線路退出與接地故障和小電抗開路故障共同發生的概率可忽略不計，因此避雷器是安全的。變壓器中性點最大工頻過電壓及其持續時間小于其耐受電壓140 kV（1 min），變壓器高壓端工頻過電壓小于1.3p.u，因此變壓器是安全的。

2.3.2 操作過電壓計算

2015年運行方式下，220 kV線路發生單相接地時，小電抗上最大操作過電壓為145.56 kV，轉換成中性點要求的雷電沖擊耐受電壓為168 kV，低于雷電全波耐受電壓為325 kV，不會對變壓器中性點絕緣產生威脅。變壓器高中壓端的操作過電壓很低不會運行變壓器安全運行。

3 設備參數的選擇

3.1 電抗器

綜合考慮電抗器對短路電流的限制效果、電抗器技術水平和中性點絕緣水平因素，選擇阻值為12Ω電抗器。其他參數如下：系統額定電壓：66 kV；設備連續最高工作電壓：72 kV；額定容量：1 080 kvar；額定電流：300 A；額定截波沖擊耐受電壓（峰值）：360 kV；額定交流耐壓（有效值）140 kV[8]。

3.2 電氣一次接線圖

一次接線見圖1所示，運行時隔離開關合上，檢修維護小電抗時拉開。

圖1 電氣一次接線圖

3.3 小電抗避雷器

線路正常運行時，小電抗上最大工頻過電壓為37.10 kV。三種特殊運行工況：1）單臺主變帶單條220 kV線路運行；2）部分220 kV線路停運；3）220 kV母線分段運行，小電抗的最高工頻過電壓為69.27 kV。變壓器中性點避雷器的額定電壓宜大于最大的工頻過電壓，因此選擇額定電壓72 kV、標稱放電電流1.5 kA、持續運行電壓為58 kV、殘壓為186 kV的電站型避雷器[9]。

3.4 小電抗避雷器的并聯保護間隙

我國220 kV系統采用中性點有效接地方式。為了限制單相短路電流以及減少對通訊線路的干擾，系統中有部分220 kV變壓器采用不接地方式運行，然而不接地的變壓器中性點過電壓保護問題較為突出。當系統中因接地故障偶然形成局部不接地系統；線路非對稱開斷、合閘、單相重合閘等操作；非對稱接地和接地甩負荷等故障，在不接地的變壓器中性點會出現高幅值的工頻和操作過電壓。

為防止小電抗故障形成主變中性點不接地，在小電抗避雷器旁安裝并聯的棒-棒保護間隙。其工頻擊穿電壓比避雷器額定電壓低10%，選為65 kV。

3.5 隔離開關

為了方便電抗器檢修，在其前面裝設了一臺隔離開關。主要電氣參數為：額定電壓72.5 kV；額定電流1 250 A[10]。

4 結束語

500 kV夢山變中性點經過小電抗接地有效降低單相短路電流，解決220 kV母線單相短路電流超過三相短路電流水平問題。

500 kV夢山變兩臺主變中性點小電抗已經于2011年12月正式投入運行，目前設備運行狀況良好，對控制夢山變220 kV系統短路電流起到了明顯的作用，為設備的安全穩定運行提供了可靠保障。

[1]程云志，葉幼君500 kV自耦變壓器中性點裝設小電抗的應用研究[J].華東電力，2006，34（11）.

[2]舒廉甫.500 kV變壓器中性點接地方式成果應用推廣.高電壓技術[J]，1993，19（4）.

[3]朱天游.三峽電站500 kV主變壓器中性點接地方式優化選擇.電網技術[J]，1997，21（5）.

[4]解廣潤.電力系統過電壓[M].北京：中國水利電力出版社，1985.

[5]DL/T 620-1997,交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S],1997.

[6]朱天游.500 kV自耦變壓器中性點經小電抗接地方式在電力系統中的應用[J].電網技術，1999，23（4）.

[7]GB11032-2010,交流無間隙金屬氧化物避雷器[S],2010.

[8]國家電網公司,10-66 kV干式電抗器技術標準[S],2005.

[9]國家電網公司,交流高壓隔離開關和接地開關技術標準[S],2005.