220 kV 變壓器中壓側(cè)中性點經(jīng)小電抗接地的運行分析

秦 彬，楊克難，潘振東，閆存恒，侯靖巖，張海賓，陳 琳

（國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司，北京 豐臺 100068）

0 引言

十三五期間北京電網(wǎng)建成了“一環(huán)、七區(qū)、四深入”網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，220 kV 電網(wǎng)形成“分區(qū)運行、區(qū)內(nèi)成環(huán)、區(qū)間聯(lián)絡(luò)”七大供電分區(qū)[1]。A 變電站為其中K 分區(qū)的220 kV 樞紐變電站，其變壓器中性點的接地方式選擇關(guān)系整個分區(qū)電網(wǎng)運行，本文對該站220 kV 三繞組變壓器的中壓側(cè)中性點經(jīng)小電抗接地的運行方式進行分析，提出該運行方式下對現(xiàn)場運行、倒閘操作的要求。

針對變壓器中性點經(jīng)小電抗接地的運行方式，許多學(xué)者進行相關(guān)討論并制定相關(guān)規(guī)范。文獻[2]指出500 kV 自耦變壓器中性點經(jīng)小電抗接地后可有效限制220 kV 側(cè)的單向短路電流；文獻[3]指出在110 kV 向陽站實際采用中性點經(jīng)小電抗接地的運行方式，可以降低變壓器中性點過電壓同時也限制了單相短路電流；文獻[4]指出220 kV 變電站110 kV側(cè)中性點加裝小電抗后可以提高等值零序電抗，降低110 kV 側(cè)單相接地短路電流。

由于A 變電站某110 kV 出線熱穩(wěn)定要求，對A 變電站220 kV 變壓器110 kV 側(cè)中性點串聯(lián)小電抗，從而降低110 kV 母線單相短路電流，滿足其熱穩(wěn)定性要求。

1 K 分區(qū)主變中性點接地情況

1.1 500 kV 變電站

K 分區(qū)內(nèi)的500 kV 變電站均為自耦變壓器，其500 kV、220 kV 側(cè)直接接地，低壓側(cè)為角形接線，無接地點。

1.2 220 kV 變電站

K 分區(qū)內(nèi)的220 kV 變電站分為樞紐變電站和負荷變電站。樞紐變電站的220 kV 側(cè)和110 kV 側(cè)均合環(huán)運行，因此只設(shè)置一個接地點，樞紐變電站中多臺變壓器并列運行時，采用1 臺主變的220 kV、110 kV 側(cè)直接接地，其余并列運行變壓器中性點經(jīng)間隙接地；負荷變電站的220 kV 側(cè)和110 kV 側(cè)分列運行，其220 kV 側(cè)中性點接地點由上級電源提供，其110 kV 側(cè)中性點直接接地，為下級110 kV 網(wǎng)絡(luò)提供接地點，站內(nèi)主變220 kV 側(cè)不接地，110 kV側(cè)均直接接地；10 kV 側(cè)為角形接線，變壓器側(cè)無接地點。在帶有站用變及10 kV 出線的母線設(shè)置一臺接地變提供零序電流通路，實現(xiàn)選線跳閘。

1.3 110 kV 變電站

K 分區(qū)內(nèi)的110 kV 變電站均為負荷變電站，站內(nèi)110 kV 側(cè)均不接地，10 kV 側(cè)為角形接線，變壓器側(cè)無接地點。部分老站10 kV 母線采用消弧線圈接地，大部分新站其電纜出線多，對地容性電流大，同時位于市區(qū)，人員密集，為了防止發(fā)生接地時跨步電壓對人員產(chǎn)生傷害，須盡快切除故障線路，因此在每條母線設(shè)置一臺接地變提供零序電流通路，實現(xiàn)選線跳閘。

1.4 220 kV A 變電站特殊點

由于A 變電站某110 kV 出線型號限制，發(fā)生單向短路接地時單相短路電流過大，不滿足其熱穩(wěn)定要求。在考慮改造成本與時間的條件下，結(jié)合A變電站改造情況，在A 變電站220 kV 變壓器110 kV側(cè)中性點串聯(lián)小電抗，從而降低110 kV 母線單相短路電流[5]，滿足其熱穩(wěn)定性要求。本文主要針對該特殊點分析其對現(xiàn)場運行、倒閘操作的要求，為現(xiàn)場實際提供指導(dǎo)。

2 A 變電站主變中性點接地方式運行分析

2.1 正負零序等值網(wǎng)絡(luò)分析

按照A 變電站4 臺主變并列運行情況展開分析，4 臺主變的接線方式均為ynd11。A 變電站為220 kV 樞紐站，運行接地方式為站內(nèi)1 臺主變220 kV 側(cè)中性點直接接地，110 kV 側(cè)中性點經(jīng)小電抗接地運行。

假設(shè)在110 kV 母線發(fā)生單相短路故障，則A變電站正序、負序等值電抗圖[6]可近似用圖1 表示，零序等值電抗圖可近似用圖2 表示。

圖1 正序等效電抗圖

圖2 零序等效電抗圖

其中XL1、XL2為220 kV、110 kV 系統(tǒng)出線等值電抗，Xh1、Xm1、Xl1分別為1 號變高壓、中壓、低壓側(cè)正序電抗。其他編號以此類推。

其中X0L1為220 kV 系統(tǒng)出線零序等值電抗，X0L2為110 kV 系統(tǒng)出線零序等值電抗，因為另一端沒有接地點相當(dāng)于開路，X0h1、X0m1、X0l1分別為1號變高壓、中壓、低壓側(cè)零序電抗。Xs0為1 號變110 kV 側(cè)中性點小串抗。

2.2 單相接地短路電流分析

設(shè)在運行中1 號主變220 kV 直接接地、110 kV中性點經(jīng)小電抗接地，在正序等效電抗圖中忽略主變10 kV 繞組，則分析如下。

當(dāng)110 kV 母線發(fā)生A 相短路故障時，接地點的正序等值阻抗為X1為 [XL1+(Xh1+Xm1)//(Xh2+Xm2)//(Xh3+Xm3)//(Xh4+Xm4)]//XL2，負序等值阻抗X2=X1，零序等值阻抗X0=3Xs0+X0m1+[X0l1//(X0L1+X0h1)]，單相接地短路的短路電流為：

串聯(lián)小電抗后可以看到零序等值阻抗值明顯提高[7]，可以降低110 kV 母線單相短路電流，滿足目標(biāo)熱穩(wěn)定性要求。

2.3 短路電流計算結(jié)果

將主變實際參數(shù)帶入，并考慮主變阻抗按照高阻抗計算（U12=14%、U13=64%、U23=50%），計算結(jié)果如表1、表2 所示。

表1 短路容量計算表

表2 不同數(shù)量主變并列運行情況下110 kV側(cè)單相短路水平

根據(jù)計算結(jié)果，在A 變電站110 kV 側(cè)加裝不小于3 Ω 的小電抗后，可以將A 站110 kV 側(cè)單相短路限制在8.5 kA 以下，現(xiàn)狀線路均滿足安全要求。由于國網(wǎng)通用一次設(shè)備無3 Ω 電抗，最接近為6 Ω小電抗，因此主變110 kV 中性點加裝6 Ω 的中性點小電抗器。串聯(lián)小電抗后可以看到零序等值阻抗值明顯提高，降低了110 kV 母線單相短路電流，滿足目標(biāo)熱穩(wěn)定性要求。

2.4 現(xiàn)場運行、倒閘操作的要求

A 變電站主變增加中性點串聯(lián)小電抗，電抗為6 Ω，刀閘為7-1X、7-2X、7-3X、7-4X，日常運行中，2 臺及以上主變并列運行時僅1 臺主變中性點接地，且中性點串抗應(yīng)投入，由于2 號變帶有站用電及10 kV 負荷，故7-2X 應(yīng)合閘；合7-2 刀閘時由于是并聯(lián)，故7-2X 可不拉。

就地操作7-2X 刀閘時，為了人員安全，必須先合7-2 刀閘。

3 結(jié)束語

本文通過對北京K分區(qū)主變接地情況分析，引出其中特殊點A 變電站，并通過對該站進行短路計算，計算出中性點未加裝小電抗與加裝3、6 Ω 小電抗之后的單相短路電流。計算表明，中性點經(jīng)小電抗接地后可降低其單相短路電流，滿足設(shè)備熱穩(wěn)定性要求。同時提出中性點小電抗投運后對現(xiàn)場運行、倒閘操作的要求。

本文未對中性點經(jīng)小電抗接地后的繼電保護元件、相間短路電流進行計算，現(xiàn)場運行中也要考慮這2 方面影響，綜合各方因素考量進行中性點接地方式選擇。