500kV自耦变压器中性点经小电抗接地研究

500kV自耦变压器中性点经小电抗接地研究

刘美娟刘召坤

（国网安徽省电力有限公司检修分公司安徽省淮北市230000）

摘要：限制单相短路电流的相关措施主要有限制变压器中性点直接接地数目、限制或不采用自耦变压器、发变组升压变压器中性点装快速接地开关、Y/Y/△接线自耦变压器三角形绕组侧开口以及变压器中性点经小电阻或小电抗接地等方式。变压器中性点经小电抗接地不仅不受电网运行的限制，还可降低变压器中性点绝缘水平，便于变压器制造。同时还可避免大量更换断路器的繁杂工作以及资金的浪费，具有良好的社会经济效益，而小电抗参数的选择是其中的关键环节。

关键词：500kV自耦变压器；单相短路电流；中性点小电抗

三绕组自耦变压器具有损耗小，结构紧凑，重量轻，便于运输等优点，因此在电力系统中被广泛应用。目前，国内500kV变压器大多为自耦变压器，这主要是为了降低过电压水平，使对设备的绝缘水平要求不至过高。然而，由于中性点直接接地的自耦变压器的零序电抗小，加之电网容量的日益增加，导致系统短路电流随之增大，部分500kV变电站母线短路电流接近甚至超过断路器额定开断电流，严重威胁着电网的安全稳定运行。如何限制短路电流已成为电力系统发展亟需面对和解决的重要问题。

国内学者对自耦变压器中性点经小电抗接地开展过一些研究，上述研究的研究背景为某一具体的电网，因此研究结论不具备普遍性和通用性。此外，已有研究主要集中在探讨限制短路电流，但是中性点经小电抗接地会改变系统的零序电抗，从而影响继电保护工作，此外还会对系统的过电压、绝缘水平产生影响。本文对自耦变压器中性点经小电抗接地这一限制短路电流的方法进行系统的讨论，总结并探讨工程及现场运行中所要解决和注意的问题。

1短路电流限制措施分析

限制单相短路电流的相关措施主要有限制变压器中性点直接接地数目、限制或不采用自耦变压器、发变组升压变压器中性点装快速接地开关、Y/Y/△接线自耦变压器三角形绕组侧开口以及变压器中性点经小电阻或小电抗接地等方式。变压器中性点经小电抗接地不仅不受电网运行的限制，还可降低变压器中性点绝缘水平，便于变压器制造。同时还可避免大量更换断路器的繁杂工作以及资金的浪费，具有良好的社会经济效益，而小电抗参数的选择是其中的关键环节。针对不同电网的具体特点，通过仿真手段得到不同小电抗参数对单相短路电流的抑制效果，从而选取最佳参数是目前行之有效的方法之一。

对当前出现的短路电流限制方法进行梳理，主要有以下四种：①实施电网的分层和分区运行。采用这种方法进行短路电流的限制，既经济又有效，并且操作简单。随着电网结构的不断紧密，这种方法也存在一定的弊端。在一些变电站中，没有采用母线分裂的运行方式，如果采用分层和分区的短路电流限制方法会使运行方式更加复杂，令威胁电网的安全。②利用高阻抗变压器。这种方法可以有效降低短路电流。当前，一些短路电流较大的500kV变压器，其高阻抗通常取为18%～20%.③使用三绕组变压器。放弃使用自耦变压器，而是采用三绕组变压器，对减小500kV变电站中的220kV母线侧短路电流来说，具有较好的效果，但是，它同时也需要增大短路阻抗或改变中性点的接地数目。其中，前者会增加系统的无功损耗，后者会降低系统的接地程度。④变压器经过小电抗接地。这种方法对500kV自耦变压器的220kV侧母线单相短路电流的减小来说，有着十分明显的效果，但是，在减小三相短路电流方面则效果甚微。这种方式不会受电网运行方式的影响，会在一定程度上降低变压器的中性点绝缘水平，对变压器制造来说十分有利。此外，它还可以防止更换断路器，节省了投资。

2、基本原理

500kV自耦变压器用来联系500kV、220kV两个中性点直接接地的大接地电流系统，本身的中性点一般也要接地，变压器低压侧一般采用三角形接线，用以稳定绕组和滤除谐波。

当自耦变压器中性点加装小电抗接地后，变压器三侧零序等值电抗均含有与中性点有关的附加项。在500kV系统侧发生单相接地故障时，由于的增加与的减少互相抵消，所以加装小电抗对500kV系统侧的单相短路电流几乎没有影响。在220kV系统侧发生单相接地故障时，由于零序电抗增加，可以起到限制单相短路电流的作用。因此，在自耦变压器中性点加装小电抗的措施能够起到有效限制中压侧单相短路电流的作用。

3、中性点的过电压分析

在小电抗接地系统中，自耦变压器中性点的过电压水平会受阻抗值的影响，将电抗值取为15Ω是最适宜的。在操作过电压的作用下，主变压器的中性点需要承受260kV的电压，尽管将小电抗取为15Ω，操作过电压也有可能会超出主变压器的中性点绝缘水平。如果将避雷器装设在中性点上，电流不会超过1kA，还可以抑制中性点的操作过电压。如果小电抗的阻值取得过小，中性点会出现较大的电流，这无疑会提高小电抗的技术参数要求，就工程应用来说是极为不利的。如果将小电抗值取得过大，中性点的过电压水平会有所提高，相应主变压器的中性点绝缘也会被抬高。就主变压器的中性点操作过电压水平而言，在单相接地短路故障的情况下，自耦变压器的中性点处会出现暂时的过电压，可以将该过电压分为两个部分，即暂态和稳态。其中，暂态的波头在200μs～2ms之间，属于操作波的波形；稳态属于工频过电压。由此可见，在自耦变压器的中性点处，非全相运行所造成的过电压并不高，操作过电压的幅值在80kV左右，所以，在一般情况下，非全相运行故障时造成的过电压，对主变压器的中性点绝缘来说不会构成威胁。但是，如果是单相接地短路故障，在中性点处将会产生不允许的过电压，此时，应该采取相应的避雷器进行保护。

为突出自耦变压器中性点经小电抗接地的必要性，在自耦变压器中性点直接接地的运行方式下，确定小电抗阻值水平的方法如下：当自耦变压器中性点经某一阻值的小电抗接地时，若220kV单相短路母线电流小于三相短路母线电流，则此时的小电抗阻值即为合理水平。然而，过大的小电抗会对电力系统过电压和绝缘产生不良影响，因此小电抗的取值不宜过大。

通过分析可以得出以下结论：在500kV自耦变压器中，500kV侧发生的短路故障所产生的操作过电压和工频过电压要比220kV侧短路时的情况严重得多。就200kV出线来说，其条数越少，500kV侧发生短路时中性点处产生的过电压就越高。在非全相运行故障下，自耦变压器主变中性点产生的过电压不是很高，它一般不会对中性点的绝缘造成威胁。

4、运行维护方法的探讨

因此，必须在中性点处加装避雷器及中性点放电间隙。研究表明，由于线路避雷器和主变避雷器的保护，绕组端部雷电侵入波过电压，在中性点加装小电抗前后变化不大，主变绕组端部绝缘不会受到威胁。

5、结语

针对500kV自耦变压器的中性点经过小电抗接地进行研究，对限制短路电流的方法进行了梳理，分析了500kV自耦变压器中性点经小电抗接地的机理，探讨了中性点和主变入口处的过电压。由此可见，在500kV自耦变压器中，采用中性点经小电抗接地的方式不仅能够满足零序保护的要求，同时也能够很好地抑制单相短路电流。另外，它在消除中性点部分接地所产生过电压时也有很好的效果，可以有效防止对通信线路造成的干扰，提高电网的稳定性。采用这种接地方式后，其母线短路电流不会受到限制，因为该电流主要是来自电网。因此，这种方法具有良好的使用前景，应该在电网中被大力推广和应用。

参考文献：

[1]熊信银，张步涵.电气工程基础[M].武汉：华中科技大学出版社，2005.

[2]朱天游.500kV自耦变压器中性点经小电抗接地方式在电力系统中的应用[J].网技术，1999，23（04）：17-20