500kV自耦变压器中性点加装小电抗的应用与分析

500kV自耦变压器中性点加装小电抗的应用与分析

结合 500kV 紫荆变电站主变中性点加装小电抗工程，分析500kV变电站220kV侧母线单相短路电流普遍超标的主要原因，提出限制单相短路电流的措施。针对自耦变压器中性点经小电抗器接地方式，阐释小电抗器的电抗值与单相短路电流的关系以及小电抗器对继电保护的影响，介绍变压器中性点设备的配置情况，并从变电站运行管理角度发生，提出变压器中性点经小电抗接地运行的注意事项。

标签：500kV自藕变压器；短路电流；中性点接地方式；小电抗；运行维护；

0引言

近年来，随着城市的日益发展，电网规模的不断扩大，电网短路电流日益增大。目前电力系统中的500kV变电站多为自耦变压器，其中性点均采用直接接地方式，接地点的大量增加导致部分500kV变电站220kV母线的单相短路故障电流大于三相短路故障电流，部分母线的单相短路电流已经超过了设备的额定开断电流水平，给设备的安全运行带来危害，为限制500kV变电站220kV母线的单相短路故障电流，深圳电网于2011年在4个500kV变电站加装变压器中性点小电抗。

1 造成短路电流超标的主要因素【1】

（1）电网发展日益庞大，网架结构不断加强，各供电区域间的电气联系更加紧密，使短路电流相应增大。

（2）大型发电厂多台升压变压器中性点直接接地，使该变电站或附近变电站的零序电

抗急剧下降，导致单相短路电流增大。

（3）随着电网的发展，受端网络日益加强，受端负荷中心的负荷密度不断增大，使500kV变电站更加密集。各变电站之间的距离仅20—60 km，使得线路阻抗变小，增大了单相短路电流大于三相短路电流的可能性。

（4）自耦变压器因具有体积小、质量轻和价格低的优点而在电网中得到广泛的应用，目前深圳电网现有的500kV变压器均为自耦变压器。由于制造上的原因，自耦变压器中压侧的电抗值常为零或接近于零，导致220kV侧母线单相短路电流大于三相短路电流。

2 限制发短路电流的方法

（1）增大变压器的短路阻抗这种方法对降低短路电流有明显效果，但变压器短路阻抗增加，会使变压器无功损耗增加，对系统电压影响较大，而且设计与制造存在一定困难。

（2）用普通三圈变替代自藕变这种方法对降低短路电流有一定效果，但要明显降低短路电流，就必须增大普通三圈变的短路阻抗，从而会使系统无功损耗增加，系统电压水平降低。

（3）变压器中性点经小电抗接地这种方法能有效降低220kV 母线的单相短路电流，而且该方法不受电网的限制，容易推广，投资较小，施工简单。

（4）随着电网的发展，500kV电网已逐渐成为输电网，电力系统的主网联系加强后，将次级电网解环运行，220kV电网采取分区运行，实现电网分层分区运行【2】，通过改变电网结构来限制短路电流是一种非常经济、有效且便于实施的方法，同时也会带来较大的

电网风险。

3 中性点经小电抗接地限制短路电流的理论分析

4 中性点小电抗器的电气主接线

为确保自祸变压器中性点在任何情况下都处于接地运行状态，变压器中性点与小电抗之间不安装隔离开关，以防误操作导致变压器中性点失地运行为给电网调度提供可能的接地点调整运行要求，便于变压器中性点在直接接地与经小电抗接地之间灵活切换，给小电抗安装并联旁路隔离开关隔离开关采用电动操作机构，以满足调度远方控制要求。

交流零序CT：500kV 自藕变压器为分相变压器，其中性点套管电流互感器中除流过零序电流外，还流过正序和负序电流，变比一般不会太小，因此无法通过套管电流互感器准确获得变压器零序电流值。为了准确测量小电抗中流过的零序电流，在电抗器接地端装设一个小变比电流互感器。

避雷器与放电间隔：为防止变压器高压侧雷电进波在变压器中性点产生过电压，在小电抗与变压器中性点之间安装避雷器。根据规定，经小电抗接地的变压器中性点绝缘水平要求为“雷电冲击全波和截波耐受电压峰值325 kV、短时工频耐受电压有效值 140kV”，与66kV电压等级的设备绝缘水平相同，因此选用66kV电压等级的避雷器。

由于避雷器对工频过电压起不到保护作用，因此在避雷器安装处并联放电间隙。综合变压器工频耐压水平、电抗器可能出现的最大工频电压及避雷器允许的工频过电压能力， 放电间隙选为26 cm。

直流监测CT：目前，广东电网内有多条直流输电线路，形成了复杂的交、直流输电系统。当直流系统单极闭锁、单极运行时，强大的直流电流通过接地极、大地形成电场，一定范围内的交流变压器中性点也将产生直流电流，若 2 个交流变电所位于接地极的电流场范围内且电势不同， 所内变压器采用直接接地，直流电流将从一个变电站的变压器中性点流入，在另一个变电站的变压器中性点流出，引起变压器直流偏磁。直流偏磁会给变压器带来磁饱和、振动及噪声增大等问题[4]，且500kV 宝安换流站通过500kV鹏城站与500kV紫荆站联系在一起，因此中性点必须安装直流监测装置，直流电流值通过变压器测控装置上送主控室后台机与调度端。

5 小电抗器对继电保护的影响

主变压器中性点经小电抗器接地与直接接地相比，在系统发生短路接地故障时有如下影响[5]：接地短路电流幅值变小；保护装置安装处的零序电压发生变化；如果小电抗器的阻抗角与主变压器的阻抗角不一致，则零序阻抗角会变化。

对于利用工频变化量原理构成的速动保护、利用比相原理构成的多段式相间距离保护和多段式接地距离保护等装置，零序短路电流幅值的变化不影响其动作性能，但需要调整保护整定值中的零序补偿系数。

对于零序电流保护装置，由于其动作整定值与零序电流直接有关，当主变压器中性点经小电抗器接地时，保护装置整定值会相应下降，需要根据主变压器中性点串接小电抗器接地后的零序短路电流重新对保护装置进行整定，并对保护装置的灵敏度进行校验，确保在相同的系统运行方式下，其动作灵敏度不会有较大变化。由于选相元件、振荡闭锁元件和非全相运行判别回路等均不受主变压器中性点接地方式的影响，因此，主变压器中性点经小电抗器接地后，常规继电保护装置可满足可靠判别 正确动作的要求。

6 中性点经小电抗接地的运行注意事项

6 .1 倒闸操作注意事项

（1）小电抗投运顺序为：先合上中性点接地刀闸，变压器通过高压侧或中压侧充电，待变压器过渡过程稳定后再分开中性点接地刀闸，此时小电抗即发挥作用；

（2）退出变压器时，先合上中性点接地刀闸，再断开变压器各侧开关。分、合接地刀闸前应检查中性点有无明显的交流（一般不超过50 A ）和直流电流（一般不超过10 A ）；

（3）正常情况下所有主变的中性点须经小电抗接地，特殊情况下同一变电站允许一台变压器中性点直接接地，保护及运行方式不需变更。同一变电站若有两台或以上主变中性点小电抗退出运行，主变中性点采取直接接地方式时，变电站的运行方式需经中调进行短路电流及保护灵敏度校核后方可确定，须按照检修流程要求，向中调申请并经中调当值调度许可后方可进行；

（4） 紧急情况下，当某台主变中性点小电抗器在运行过程中有故障（异常）需退出运行时，可先合上中性点接地刀将小电抗器短接，再将对应的主变停电后进行处理；

6 .2系统接地故障检查的注意事项

系统接地会产生巨大的零序故障电流，零序电流通过接地的变压器中性点流入大地。故障点距中性点接地的变压器越近，流过中性点的零序电流就越大（可高达数千安）。因此，系统发生接地故障后，要及时检查变压器中性点设备，重点检查以下几点：

（1） 中性点小电抗有无放电、闪络痕迹，接头有无烧损现象；

（2） 接地通道有无烧灼痕迹，各连接部分是否接触良好，接地端是否可靠接地；

（3） 放电间隙是否完好，有无放电痕迹；

（4） 避雷器放电计数器有无动作。

6 .3 日常巡视注意事项

在中性点设备日常巡视中，要注意以下几点：

（l ）基础是否牢固完整，有无倾斜、裂纹、变形；

（2）瓷瓶、瓷套有无裂纹、闪络现象；

（3）变压器至小电抗间的电缆外皮是否完整、固定良好，电缆头有无异常；

（4）抄录避雷器放电计数器显示的动作次数，检查放电间隙和引下线是否完好、有无断裂和锈蚀；

（5）中性点接地端接地是否良好、可靠；

（6）监控后台巡视直流监测装置数据是否正常。当中性点直流电流绝对值大于10 A，或绝对值长时间（> 24 h）大于5 A时，应对变压器进行现场巡视，发现变压器振动、噪声明显增大时，应及时向中调当值调度员报告。

7 结束语

对于500kV自藕变压器，通过在中性点加装小电抗来限制220kV母线单相短路电流是有效的。这种做法已在深圳电网的500kV变电站推广使用，取得了很好的限流效果。变压器中性点小电抗在深圳电网各500kV 变电站运行的时间还很短，还需不断总结运行经验，并考虑对中性点设备的配置、选型、保护配合等方面进行改进。

参考文献：

[1] 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（4）：15-18.

[2]施伟国.500kV主变中性点小电抗接地限制不对称短路电流[J].上海电力，2011，14（2）：26-29.

[3] 李俊.500kV自耦变压器中性点小电抗接地的研究[J]. 湖北电力，2006，30（S2）：56-57.

[4] 钟连宏，陆培均，仇志成，等.直流接地极电流对中性点直接接地变压器影响[J].高电压技术，2003，29（ 8） ： 12- 13.

[5]张弘，杜振东，赵萌，等.主变中性点经小电抗接地对继电保护的影响[J] .电力建设，2004，25（6）：27-29，43.