500kV單相變壓器中性點環流分析與改造措施探究

劉浩

摘要：一般情況下，關于500kV單相變壓器中性點接地方面會有兩種設計方案。一種是中性點匯流母線兩端通過引下線與主接地網連接，另一種是匯流母線一端通過引下線與主接地網連接。要求500kV單相變壓器嚴格按照該地區的變電站要求，選擇中性點接地方式，并加強對中性點環流情況進行分析，為接下來的改造方案設計提供參考依據。

關鍵詞：500kv;變壓器;

1 500 kV單相變壓器中性點接地方式

1.1 一端一點接地

大多數500kV變壓器的中性點在接地時都會選擇這種接地方式。一端一點接地指的是只有一根接地引下線從匯流母線一端引出，并與接地網完成連接。如果接地引下線受到了破壞，或者長時間缺少維修養護而自然輻射，接地引下線的截面會縮小，嚴重時也會發生斷裂現象，設備的熱穩定將不能滿足500kV變壓器運行要求，這時電網運行也會出現接地故障或者短路故障。由此可見，一端一點接地的500kV變壓器中性點接地方式缺乏安全性與可靠性，但是接地引下線可以通過電流較小的三相不平衡電流，如下公式所示：IA+IB+IC=I。

1.2 π型接地

這種接地方式要求500kV變壓器中性點有兩根引下線可以與接地網進行連接，兩根引下線需要符合500kV變壓器熱穩定需求。因此，這種連接方式就產生了500kV變壓器中性點匯流母線兩端分別引出接地引線，并與接地網不同點連接的接地方式，人們將其稱為π型接地方式。該中性點接地方式可以滿足500kV變壓器設備中兩根引下線備用需求，也提高了500kV變壓器運行的安全性，但是引下線也會通過大小相等、方向卻相反的電流。

1.3 一端兩點接地

為了防止以上兩種接地方式存在的弊端，人們又使用了500kV單相變壓器中性點匯流母線一端引兩根接地引下線與接地網連接的方式。設備正常運行時，引下線電流和只達到500kV單相變壓器自身不平衡電流，當500kV單相變壓器發生故障時，這種接地方式還會對故障電流產生分流效果，降低故障電流對500kV單相變壓器接地裝置產生的不利影響。

2 500 kV單相變壓器中性點環流分析

變電站中，三臺單相自耦500kV單相變壓器通過防火墻分隔集中布置，并組成了一個單元，500kV單相變壓器中性點出現套管短接之后，兩側引下線與帝王相連接，最終形成了π型接地方式，如圖1所示。其中500kV單相變壓器匯流母線、引下線以及水平接地之間電抗小，在探究中性點環流情況時可以忽略，只需要分析電阻即可，等效電路如圖2所示。圖2中，RAB和RBC分別代表的是500kV單相變壓器中性點接地間匯流母線電阻情況，R1和R2代表的引下線的電阻，R3和R4代表的是水平接地極電阻，而RN1-RN3表示的是地網接地電阻。如果將水平接地極電阻忽略，在計算電阻時就會出現偏差。假設I1與I2是500kV單相變壓器中流過兩條引下線的電流，按照基爾霍夫定律得知I1+I2=IA+IB+IC。

500kV單相變壓器中三相不平衡電流比較小，電流和為零，因此兩條引下線中電流大小相等，但是方向相反，能夠推算出變電站接地網電阻超過0.5Ω，低于1Ω;水平接地極電阻為0.9Ω。根據這一現象可以推斷出500kV單相變壓器中性點環流I1和I2只會通過R3與R4后完成電流的匯合，在運行中不會經過接地網流入大地。人們在計算這兩處電流數據時，會使用并聯支路電流分流原理，通過疊加法計算三相電流影響下通過500kV單相變壓器的兩側引下線電流情況。并得知，對于500kV單相變壓器中性點的π型接地方式，環流大小與500kV單相變壓器中性點環路電阻關系密切，當匯流母線、引下線以及水平接地極適用不同規格型號導體時，500kV單相變壓器中性點環流大小會不同。由此可見，環流在500kV單相變壓器中性點環路中流動，環路外流動數據為零，因此環流不會讓接地網的電位升高，因此進行繼電保護，以防止500kV單相變壓器運行時產生二次回路干擾。

某500kV，3×250MVA單相變壓器組成了三相變壓器中性點匯流母線的接地方式。當500kV單相變壓器處于有功650 MW和無功109MVA的運行情況下，人們測量通過500kV單相變壓器的電流情況，測得不平衡電流I只有2.7A。隨后，研究人員對變壓器中性點環流情況加以分析，將500kV單相變壓器的中性點接地方式改成了π型接地方式，在同樣有功650 MW和無功109MVA狀態下，兩根引下線中通過的電流分別為157.4A和155.2A，兩根接地引下線電流差只有2.2A，可見500kV單相變壓器中存在不平衡電流情況。經過分析得知，500kV單相變壓器的中性點匯流母線使用π型接地方式時，引下線中會出現大小相同方向卻相反的電流，電流量較大。過大的電流會讓500kV單相變壓器金屬結構與接頭處發熱，產生電能損耗后也會造成裝置的腐蝕，進而引發電磁污染情況。

3 針對500 kV單相變壓器的改造措施分析

3.1 實際案例

根據人們對500kV單相變壓器的設計來看，變壓器設備匯流母線經常采用管母線、耐熱鋁合金絞線;引下線和水平接地極采用扁鋼。假設某500kV單相變壓器的主編額定容量為750 MVA，設備三相負荷可以達到平衡，通過有效方式計算500kV單相變壓器中心的環流大小，具體分析如下： （1） 方案一中匯流母線為管母6063G-130/116，引下線為銅排TMY-80×5，地中接地線為扁鋼-60×8，相電流為866A，環流大小為34.94A，環流占相電流的4.03%。 （2） 方案二中匯流母線與方案一相同，引下線與地中接地線同為扁鋼-60×8，相電流大小為866A，環流大小為18.81A，環流在相電流大小中所占比例為2.17%。 （3） 方案三中匯流母線為耐熱鋁合金導線，型號具體為NRLH60GJ-1440/120，其中引下線與匯流母線相同，地中接地線與方案一、方案二相同，也是扁鋼-60×8，相電流[3大]小為866A，環流為45.09A，環流占相電流的5.20%。

某變電站中500kV單相變壓器在設計時采用了方案一，變電站運行了多年，至今未出現與500kV單相變壓器中性點有關的故障問題。這說明該變電站中500kV單相變壓器中性點的環流不大，不會對設備造成影響，也不會對變電站的正常運行產生干擾。

3.2 針對500 kV單相變壓器中性點環流的改造措施

根據以上對500kV單相變壓器中性點接地方式的計算與分析，發現方案一情況下中性點環流不大，但是如果不采用有效措施制止，環流就會長期存在于電網系統中，進而產生電力損耗，也會加速對水平接地極的腐蝕。根據實際情況，建議采用500kV單相變壓器主變中性點單點接地的方式，消除中性點處的環流，只有這樣才能夠保證引下線接地可靠。不僅如此，還可以從500kV單相變壓器中性點引兩根引下線，與接地網相連接，并使用支柱絕緣子將引下線固定在B相防火墻兩端。

建議工作人員按照相關規定在500kV單相變壓器發生故障的第一時間，核實變壓器中性點處接地引下線熱穩定情況，確保其熱穩定可以滿足電網系統短路容量不會持續增加。要求變電站的工作人員在規定時間范圍內檢測500kV單相變壓器接地引下線中通過的電流，使用成像儀或者紅外線監測儀對500kV單相變壓器中性點套管的連接處加以監測，了解匯流母線處溫度變化情況，如果溫度持續升高就應引起重視，并采用有效的方式平衡溫度，防止匯流母線接線處溫度過熱出現斷線故障。要求工作人員在日常工作中加強對500kV單相變壓器引線接地裝置的維護與檢修，發現500kV單相變壓器存在潛在故障時應進行開挖檢查。加強對接地網開挖檢查和地下施工時的有效管理，應用先進的信息化技術監測系統來了解相關數據信息，通過數據分析防止外在因素對500kV單相變壓器接地引線和地網造成不必要的損壞。

4 結語

總而言之，變電站中建議對500kV單相變壓器主變中性點采用單點雙線的接地方式，以保護設備不受內外因素干擾。如果500kV單相變壓器處于長期運行的老舊變電站，短期時間內存在的環流不會影響變電站的安全運行，要求工作人員注意長期存在的環流，建議加大資金投入，改造500kV單相變壓器裝置，以消除來自環流的安全隱患。

參考文獻

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