500kV自耦变压器中性点接地小电抗的选取及运维方法探讨

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摘要：自耦变压器的大量应用使得电力系统零序阻抗减小，导致广东电网部分站点的单相短路电流超过三相短路电流。为解决上述情况，有效减小单相短路电流，本文首先通过理论探讨，提出将自耦变压器中性点经小电抗的接地方式。通过分别计算一系列电抗阻值时的单相、两相和三相短路电流，确定将电抗阻值选取为15可避免单相短路电流超过断路器遮断电流的不利后果。最后讨论了加装小15电抗对过电压、继电保护等的影响，结果表明，对狮洋站近区500kv自耦变压器中性点经15的小电抗接地是合理的。

关键词：500kV自耦变压器 限制短路电流 小电抗接地 电抗值选择

1、引言

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[1]。目前，国内500kV变压器大多为自耦变压器[2]，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[3]。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[7， 8]，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。

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、电抗值的选取

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，在2011年冬大方式下，参照广东电网运行方式，计算狮洋站近区500kV变电站500kV及220kV母线的短路电流。

短路电流计算结果表明，狮洋220kV母线三相短路电流39.7kA，单相短路电流达到45.5kA，大于三相短路电流。

2015年狮洋站近区500kV变电站500kV及220kV母线短路电流的计算结果可以看出，220kV母线三相短路42.7kA，单相短路电流达到53kA；单相短路电流远大于三相短路电流，且超过断路器的开断水平，需采取措施，降低单相短路电流。

考虑到狮洋站单相短路电流高于三相短路电流，且2015年狮洋站单相短路电流值超过断路器的开断能力，为提高500kV主变供电可靠性和利用率、保障电网供电安全，增强狮洋站短路电流水平对电网建设的适应性，提高狮洋站及至广州电网运行方式的灵活性，有必要在狮洋站主变中性点加装小电抗，限制220kV母线的单相短路电流。

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。

为确定合理的小电抗容量，依据本节对狮洋站2011年和2015年的短路电流分析，当狮洋站主变中性点加装小电抗时，选取了一系列的下述小电抗值：0Ω、5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω，在以上小电抗值下分别计算2011年和2015年220kV母线的短路电流，计算结果分别如表1和表2所示。

4、运行维护方法的探讨

广东电网多次运用500kV自耦变压器中性加装小电抗这一措施来限制短路电流，具备一定的现场经验。尽管本文第3节中探讨宜选取阻值为15Ω的小电抗，但是由于小电抗的加入不仅会影响系统的零序回路，而且会影响系统的过电压水平以及继电保护。因此，有必要对加入小电抗后的影响做进一步定量分析，确定与之对应的运行维护方法。

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[11， 12]。

5、结语

通过在500kV自耦变压器中性点加装小电抗的措施限制短路电流，方法直观、简便，具有很强的现场可推广性。为对这一方法进行系统探讨，本文基于理论分析、现场经验并通过计算狮洋站的母线短路电流，获得如下结论：

1）自耦变压器中性点经小电抗接地时，变压器三侧零序等值电抗均含有与中性点有关的附加项，从而限制中压侧单相短路电流，有效避免单相短路电流超过断路器遮断电流的后果；

2）狮洋站自耦变压器中性点经15Ω的小电抗接地，可限制中压侧的单相接地短路电流不超过三相短路电流，通过分析接入15Ω小电抗对过电压及绝缘、继电保护的影响，表明只要在运行维护时加以注意，自耦变压器中性点选取15Ω的小电抗接地能够满足工程需求。

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]. 电网技术， 1999， 23（04）： 17-20.

作者简介：

吴小科（1986―― ），广东梅州人，变电助理工程师，工学学士，主要从事变电运行工作。