500 kV自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地分析

樊紅克

摘要：針對500 kV自耦變壓器的中性點經(jīng)過小電抗接地進行研究，對限制短路電流的方法進行了梳理，分析了500 kV自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地的機理，并探討了中性點和主變?nèi)肟谔幍倪^電壓，最終得出相應結(jié)論。

關(guān)鍵詞：500 kV自耦變壓器；中性點；接地方式；過電壓

中圖分類號：TM411+.3；TM862+.3 文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）09－0010－02

在電網(wǎng)中，對500 kV自耦變壓器來說，其中性點接地方式的選擇是一項系統(tǒng)而復雜的工作，它涉及多個方面的問題，比如繼電保護、過電壓、通信和設(shè)備的制造工藝等。近年來，500 kV變電站不斷涌現(xiàn)，機組的裝機容量在不斷增大，線路也在集中投產(chǎn)。在變壓器的選擇上，廣泛使用了降壓型自耦變壓器，其中性點的接地普遍采用直接接地方式。這種接地方式會極大地降低系統(tǒng)的零序電抗，使220 kV側(cè)的母線單相短路電流超出了斷路器的開斷能力，從而對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行構(gòu)成威脅。因此，將接地方式改為中性點經(jīng)小電抗接地，本文即對此展開研究。

1短路電流限制措施分析

對當前出現(xiàn)的短路電流限制方法進行梳理，主要有以下四種：①實施電網(wǎng)的分層和分區(qū)運行。采用這種方法進行短路電流的限制，既經(jīng)濟又有效，并且操作簡單。隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不斷緊密，這種方法也存在一定的弊端。在一些變電站中，沒有采用母線分裂的運行方式，如果采用分層和分區(qū)的短路電流限制方法會使運行方式更加復雜，令威脅電網(wǎng)的安全。②利用高阻抗變壓器。這種方法可以有效降低短路電流。當前，一些短路電流較大的500 kV變壓器，其高阻抗通常取為18%～20%.③使用三繞組變壓器。放棄使用自耦變壓器，而是采用三繞組變壓器，對減小500 kV變電站中的220 kV母線側(cè)短路電流來說，具有較好的效果，但是，它同時也需要增大短路阻抗或改變中性點的接地數(shù)目。其中，前者會增加系統(tǒng)的無功損耗，后者會降低系統(tǒng)的接地程度。④變壓器經(jīng)過小電抗接地。這種方法對500 kV自耦變壓器的220 kV側(cè)母線單相短路電流的減小來說，有著十分明顯的效果，但是，在減小三相短路電流方面則效果甚微。這種方式不會受電網(wǎng)運行方式的影響，會在一定程度上降低變壓器的中性點絕緣水平，對變壓器制造來說十分有利。此外，它還可以防止更換斷路器，節(jié)省了投資。

2中性點經(jīng)小電抗接地原理分析

500 kV自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地的電氣接線圖如圖1所示。其中，變壓器的連接方式為YNynd自耦型。將二次側(cè)折算到一次側(cè)，可以將一次側(cè)和二次側(cè)的繞組端點電位差表示為：

.（1）

式（1）中：U1n——一次側(cè)端點與中性點的電位差；

Un——中性點電位；

U11n——二次側(cè)端點與中性點的電位差；

U1N——一次側(cè)的額定電壓；

U11N——二次側(cè)的額定電壓。

將各繞組分別斷開后，計算折算到其他側(cè)的等值零序電抗，并求出星形零序等值電路，如圖2所示。由此可見，在該系統(tǒng)中，接入一個小電抗值后，零序等值電抗值發(fā)生了改變，接入的電抗值越大，零序等值電抗也越大。這也就是在接入小電抗后，可以對不對稱故障短路電流進行限制的原因。

圖1中性點經(jīng)小電抗接 圖2中性點經(jīng)小電抗接地的自耦

地接線圖 變壓器零序等值電路圖

3中性點的過電壓分析

在小電抗接地系統(tǒng)中，自耦變壓器中性點的過電壓水平會受阻抗值的影響，本節(jié)先對這一問題進行研究。表1中給出了自耦變壓器中性點小電抗接地時的過電壓水平。

表1自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地時的過電壓水平

小電抗阻值/Ω 中性點操作過電壓幅值/kV 中性點工頻過電壓有效值/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

從表1中可以看出，將電抗值取為15 Ω是最適宜的。在操作過電壓的作用下，主變壓器的中性點需要承受260 kV的電壓，盡管將小電抗取為15 Ω，操作過電壓也有可能會超出主變壓器的中性點絕緣水平。如果將避雷器裝設(shè)在中性點上，電流不會超過1 kA，還可以抑制中性點的操作過電壓。如果小電抗的阻值取得過小，中性點會出現(xiàn)較大的電流，這無疑會提高小電抗的技術(shù)參數(shù)要求，就工程應用來說是極為不利的。如果將小電抗值取得過大，中性點的過電壓水平會有所提高，相應主變壓器的中性點絕緣也會被抬高。

表2中性點操作過電壓水平

工況 中性點操作過電壓幅值/kV

單相接地短路 267.1

一相斷線 79.8

兩相斷線 82.3

一相斷線后接地短路 151.3

就主變壓器的中性點操作過電壓水平而言，在單相接地短路故障的情況下，自耦變壓器的中性點處會出現(xiàn)暫時的過電壓，可以將該過電壓分為兩個部分，即暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)。其中，暫態(tài)的波頭在200 μs～2 ms之間，屬于操作波的波形；穩(wěn)態(tài)屬于工頻過電壓。表2中給出了各工況下中性點操作過電壓的值。由此可見，在自耦變壓器的中性點處，非全相運行所造成的過電壓并不高，操作過電壓的幅值在80 kV左右，所以，在一般情況下，非全相運行故障時造成的過電壓，對主變壓器的中性點絕緣來說不會構(gòu)成威脅。但是，如果是單相接地短路故障，在中性點處將會產(chǎn)生不允許的過電壓，此時，應該采取相應的避雷器進行保護。主變壓器中性點的工頻過電壓分析，表3給出了最終的計算結(jié)果。表3 自耦變中性點小電抗工頻過電壓工況 中性點操作過電壓幅值/kV單相接地短路 37.4一相斷線 7.2兩相斷線 4.8一相斷線后接地短路 18.95通過分析可以得出以下結(jié)論：在500 kV自耦變壓器中，500 kV側(cè)發(fā)生的短路故障所產(chǎn)生的操作過電壓和工頻過電壓要比220 kV側(cè)短路時的情況嚴重得多。就200 kV出線來說，其條數(shù)越少，500 kV側(cè)發(fā)生短路時中性點處產(chǎn)生的過電壓就越高。在非全相運行故障下，自耦變壓器主變中性點產(chǎn)生的過電壓不是很高，它一般不會對中性點的絕緣造成威脅。4 結(jié)束語針對500 kV自耦變壓器的中性點經(jīng)過小電抗接地進行研究，對限制短路電流的方法進行了梳理，分析了500 kV自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地的機理，探討了中性點和主變?nèi)肟谔幍倪^電壓。由此可見，在500 kV自耦變壓器中，采用中性點經(jīng)小電抗接地的方式不僅能夠滿足零序保護的要求，同時也能夠很好地抑制單相短路電流。另外，它在消除中性點部分接地所產(chǎn)生過電壓時也有很好的效果，可以有效防止對通信線路造成的干擾，提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性。采用這種接地方式后，其母線短路電流不會受到限制，因為該電流主要是來自電網(wǎng)。因此，這種方法具有良好的使用前景，應該在電網(wǎng)中被大力推廣和應用。參考文獻［1］江林，王自強，張慶慶，等.500 kV及220 kV自耦變壓器對電網(wǎng)單相短路電流的影響［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2008，36（18）：108-1l2．〔編輯：白潔〕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