自耦变压器中性点加装电抗器探讨

摘要：本文结合750kV乌北变电站主变中性点加装小电抗工程，通过分析220kV侧的非对称接地故障短路电流，对自耦变压器中性点接地方式的选择进行探讨。

关键字：自耦变压器、中性点接地

中图分类号：TM383文献标识码： A

前言

随着新疆750kV电网的发展，凤凰、乌北、东郊和西山等750kV变电站周围网络结构日益加强，负荷密度持续增大，出现了220kV系统短路电流接近（甚至超过）断路器的额定遮断容量的情况，对系统的安全运行造成隐患；同时由于750/220kV变压器采用自耦变压器形式，750kV变电站220kV侧的非对称接地故障短路电流超过三相短路电流。

一、原因分析

造成750kV变电站主变压器220kV侧单相短路电流偏高的主要因素有：

1）电网发展的日益壮大，网架结构的不断加强，各供电区域的电气联系更加密切，使短路电流相应增大。

2）随着大型发电厂的不断投入，大型发电厂的多台升压变压器中性点直接接地，使得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）随着电网的不断发展，受端网络的日益增强，受端负荷中心的负荷密度不断增大，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）自耦变压器因体积小，质量轻和价格低的优点而在电网中得到广泛地应用。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零，导致220kV母线单相短路电流大于三相短路电流。

二、限制220kV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）用普通三线圈变压器替代自耦变压器。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，就必须增大普通三线圈变压器的短路阻抗，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，但对降低三相短路电流基本无效。由于新疆电网750kV变电站均采用自耦变压器，220kV母线单相短路电流高， 甚至大于三相短路电流，因此在自耦变压器的中性点安装小电抗对限制220kV母线的短路电流是有效的，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）改变220kV系统运行方式。两台主变压器220kV侧分别在不同母线段运行也一定程度上限制了短路电流，但是随着电网电源和负荷的不断增加，这种做法不能有效地解决短路电流超标的问题。

目前，乌北变自耦变压器中性点采用直接接地方式，主要是为了防止主变高压单相故障，造成中压侧其它两相过电压，绝缘受到破坏。采用中性点直接接地时，其中性点的绝缘水平较低，当采用经电抗抗器接地时，其中性点绝缘水平较高，变压器的制造成本有所增加。绝缘水平容易满足，我们不予讨论，所以我们只从变压器经中性点电抗接地对短路电流的限制进行分析。

三、自耦变压器中性点经小抗接地理论分析

1、 计算条件和方法

1） 乌北主变主要技术参数

乌北750kV变电站主变采用单相自耦无载调压变压器。

额定容量： 500/500/150MVA（单相）

电压抽头：

接线组别： YN，a0，d11

短路电压： （以高压额定容量为基准）

Uｋ高―中=19.02%

Uｋ高―低=45.45%

Uｋ中―低=22.21%

2）自耦变中性点经小电抗接地后等值电抗计算

对中性点经小电抗接地的YN,yn,d自耦变压器，其电气主接线图如图1所示。

图1

等值电路图见图2。

图2

乌北变两台主变中性点直接接地时，零序阻抗参数为：XⅠ=0.00704、XⅡ=-0.0007、XⅢ=0.00811，UIN=765、UⅡN=230。当其中性点接入不同阻值的电抗器后，可得等值零序阻抗。

通过计算分析，在主变中性点加装小电抗，对主变750kV侧母线各种故障类型的短路电流几乎无限制作用，对主变220kV侧母线三相短路电流也无限制作用，但可以大大降低主变220kV侧母线单相以及两相短路电流。当小电抗值为5Ω时，乌北变220kV 单相短路电流降至约53.62kA，当小电抗值增加为15Ω时，乌北变220kV单相短路电流降至49.89kA，再继续增加小电抗的阻抗值到20Ω时对降低短路电流的效果已不明显。综合考虑电抗器对短路电流的限制效果、电抗器的技术水平、以及设备布置、综合价格等因素，选择阻值为10-15Ω电抗器。

考虑乌北站一台小电抗退出运行情况下，乌北站220kV母线短路电流出现故障短路电流不同。计算结果表明，乌北变主变加装15Ω 小电抗，且在N-1 情况下，220kV 三相短路电流超过开关遮断容量，需配合采取其它措施，以提高供电可靠性。

四、系统主要结论和建议

1）750kV自耦变压器中性点经小电抗接地，是降低其220kV母线单相短路电流的有效手段。

2）乌北变2台主变中性点均接入10-15Ω（在额定频率下的阻抗）的小电抗。

3）根据计算结果，建议将乌北站220kV侧的50 kA开关逐步更换为63kA。

4）考虑乌鲁木齐周边电网电源集中，建议除在乌北站内采取降低短路电流措施外，还需考虑在附近有关厂站采取限制短路电流的措施，以提高电网供电可靠性。

参考文献

[1] 张弘;杜振东;赵萌;梁遗玖.主变中性点经小电抗接地对继电保护的影响.电力建设.2004.27-29

[2] 毛雪雁;宣晓华.500 kV自耦变压器中性点小电抗接地的研究.华东电力.2005.26-29

[3] 沈扬;丁健.500kV自耦变压器中性点经小电抗接地系统的过电压与绝缘配合.电气应用.2005.24-27

[4] 陆国庆[1];姜新宇[1];江健武[2];张胜保[2];刘顺桂[2];何冰[1];章彬[2].11OkV及220kV系统变压器中性点经小电抗接地方式的研究及其应用.电网技术.2006.70-74

[5] 李俊.500kV自耦变压器中性点小电抗接地的研究.湖北电力.2006.56-57