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1、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朱天游摘要该文是三峡电站500kV主变压器中性点接地方式优化选择一文的续篇。随着电力系统不断扩大，受端系统逐步加强，500kV变电站特别是220kV侧单相短路电流大于三相短路电流的现象时有发生，给设备选择带来困难。文中研究了500kV变电站单相短路电流急剧增长的原因，计算了变压器中性点经小电抗接地对限制单相短路电流的作用，论证了经小电抗接地是限制单相短路电流的有效措施之一，并阐述了500kV自耦变压器中性点经小电抗接地后，其等值零序电抗的计算方法，可供工程参考。关键词自耦变压器中性点接地应用APPLICATION OF AUTOTRA
2、NSFORMER NEUTRAL GROUNDINGBY SMALL REACTANCE IN 500kV POWER SYSTEMZhu TianyouCentral Southern China Electric Power Design InstituteWuhan, 430071 ChinaABSTRACTThis paper is a continuation of the paper titled Optimal Selection of 500kV Main Transformer Neutral Grounding in Three Gorges Hydroelectric P
3、ower Stations. Along with the extension of power system and the enhancement of receiving end capacity, the phenomena that the single phase short circuit current at the 220kV bus in 500kV substation will be larger than three phase short circuit will often occur and it will cause trouble in choosing r
4、elated devices such as circuit breakers. In this paper the reason of rapid increase of single phase short circuit current in 500kV substation is analyzed. Through the calculation it is proved that neutral grounding by small reactance is an effective measure to reduce the single phase short circuit c
5、urrent, and the calculation method of the zero|sequence reactance after autotransformer neutral grounding by small reactance being applied is expounded.KEY WORDSautotransformer; neutral grounding; small reactance1问题的提出电网技术1997年第5期刊登了笔者所作三峡电站500kV主变压器中性点接地方式优化选择一文，这是一个工程总结。三峡电站机组台数多，大量主变压器中性点直接接地后使系统
6、零序电抗大大降低，导致单相短路电流超过三相短路电流，造成断路器遮断容量选择困难。采用中性点经小电抗接地后将单相短路电流限制到三相短路电流水平，较好地解决了这个问题。随着电力系统不断扩大、受端电网逐步加强，我国几个500kV电网在2010年前后将相继出现密集的双/多环网。例如上海周围180km的一个双环网，接入了8个变电站，平均站距不到23km；北京周围270km的双环网，接入6个变电站，平均站距45km；湖北鄂东和辽宁辽阳双环网周长分别为340km和425km，接入了6个和7个变电站，平均站距也仅5060km。这些变电站不但规模大，而且全部采用自耦变压器，中性点均为直接死接地，使得不少母线的单
7、相短路电流大于三相短路电流。如何解决这个问题?采用变压器中性点经小电抗接地是否有效?自耦变压器经小电抗接地后电抗值如何计算?要注意什么问题?等等，本文拟解决这些问题。2我国500kV大型电力系统短路水平展望根据1997年下半年几个设计单位完成的2010年电力系统规划设计，华东、华北、华中、东北四大电网2010年装机容量分别将达到98300、90540、70270和67351MW，为现有装机容量的2.53倍，这将引起短路电流水平的急剧上升，加以网络的加强，大量自耦变压器的使用，更将出现单相短路电流大于三相短路电流的情况。表1列出了上述电网几个典型变电站的短路电流水平。 表1几个典型变电站的预计短
8、路电流水平 厂、站名称所在系统电压/kV三相短路电流/kA单相短路电流/kA规模/MVA 杨行变华东50065.269.0*275011500 220 43.6 外高桥厂华东50058.763.0*3000 顺义变华北50056.750.841500 22063.6 70* 安定变华北50056.250.128015750 22060.4 68.2* 郑西变华中50040.035.52750 22044.3 44.8 凤凰山变华中50037.130.82750 22043.5 43.8 汉阳变华中50034.630.02750 22041.5 42.5 沙岭变东北50039.537.33750
9、 22040.6 50.3 沈东变东北50036.533.92100 22044.0 49.7 注：1.资料引自文献14。2.预测时间除华北系统为2020年外，其余均为2010年水平。3.有*者为忽略220kV侧系统后的估算值，有误差，可能略偏小。由表1可见，(1)华东电网的杨行、外高桥两站(厂)500kV系统的单相短路电流大于三相短路电流，其他各站500kV母线侧三相短路电流大于单相短路电流。(2)四大网所列8个变电站的220kV侧单相短路电流均大于三相短路电流，说明它有一定的普遍性。(3)上述现象，特别是220kV侧已严重影响断路器的选择，有的还造成其它设备选择困难，同时也增加了变电站接地
10、网的设计难度。出现上述现象的主要原因有五：(1)系统越来越大，网络得到加强，联系更加紧密，使短路电流相应增大。(2)规模巨大的发电厂多台升压变压器中性点直接死接地，使本站或附近变电站的零序电抗急剧下降而导致单相短路电流增大，以致大于或接近于三相短路电流。(3)随着电网的发展，受端网络日益加强，同时，受端负荷中心的负荷密度不断增大，使得500kV变电站更加密集。本文所举的上海、北京、鄂东和辽阳等负荷中心电网，站距均在2060km间，增加了单相短路电流大于三相短路电流的可能性。(4)由于制造上的原因，降压型自耦变压器的中压侧电抗常为零或接近于零，大量使用500kV自耦变压器是导致220kV侧单相短
11、路电流大于三相短路电流的重要原因。(5)规模巨大的500kV变电站，其低压侧电抗急剧降低，引起220kV侧的零序等效电抗下降，从而导致单相短路电流升高。华北电网的顺义、安定两变电站，容量分别达到6000MVA和5350MVA，其单相短路电流比三相短路电流高出的倍数也明显高于其它系统的厂、站。 3500kV自耦变压器中性点经小电抗接地方式对限制单相短路电流的作用图1为杨行、凤凰山和安定三变电站单相短路电流与中性点小电抗器电抗的关系曲线。 图1典型变电站单相短路电流与中性点小电抗阻抗的关系曲线对于降低500kV单相短路电流，中性点经小电抗接地有一定效果，但不太明显。杨行变电站小电抗阻抗值即使由0提
12、高到1.2Uk%，其单相短路电流也只由69kA降到66kA，只下降3kA，下降率为5%；凤凰山由30.8kA降到27.6kA，减小3.2kA，下降率为10.4%。可见下降率不高。但对于220kV侧，其效果却十分显著。杨行、凤凰山、安定三变电站220kV侧的单相短路电流分别由47.5kA、43.8kA、68.2kA降到21.1kA、28.8kA、31.6kA，分别减少了26.4kA、15kA、16.6kA，下降率分别达到55%、34%和54%。由此可见，500kV自耦变压器中性点经小电抗器接地是一项限制220kV侧单相短路电流极为有效的措施。4中性点经小电抗接地的500kV自耦变压器电抗值计算对
13、于中性点经小电抗接地的普通变压器，当Yo接法的绕组中通过零序电流时，中性点接地阻抗上将流过三倍零序电流，并产生相应的电压降，使中性点产生与大地不同的电位。因此，其零序等值阻抗应为该绕组的漏抗与三倍中性点小电抗之和。对于自耦变压器则不然，由于自耦变压器有一个公共线圈，各线圈共用一个中性点和接地阻抗，因此，中性点的入地电流，应等于两个自耦绕组零序电流之差的三倍。当自耦变压器的中性点经小电抗接地时，中性点的电位，不像普通变压器那样只取决于一个绕组的零序电流，而要受两个绕组的零序电流的影响。因此，中性点接地电抗对零序等值电路及其参数的影响，也与普通变压器不同。图2为中性点经小电抗接地的自耦变压器电路图
14、及其零序等值电路。图中1、2、3分别表示高、中、低压三个绕组，X1、X2、X3为中性点直接接地时的高、中、低压侧的等值零序电抗，X1、X2、X3为中性点经小电抗接地后的高、中、低压等值零序电抗。(a)为三绕组自耦变压器，将绕组3开路(即三角形开口)时，归算到1侧的零序等值电路。设中性点电压为Un，绕组端点对地电压为U10、U20、绕组端点对中性点的电压为U1n、U2n，则有图2中性点经小电抗接地的自耦变压器及其零序等值电路若高、中压绕组变比为kU1/U2，则可以得到归算到1侧的等值电抗为式(2)中等号右边第一项为变压器直接接地时1-2间归算到1侧的等值电抗，即而于是若将绕组2开路，则自耦变压器
15、相当于一台Y0/接法的普通变压器，其归算到1侧的等值电抗为同样，若将绕组1开路，也是一台Y0/的普通变压器，归算到1侧的等值电抗为由式(3)、(4)和(5)即可求得中性点经小电抗接地的自耦变压器高、中、低压侧等值零序电抗为由式(6)可以看出，中性点经电抗接地的自耦变压器与普通变压器不同，它的零序等值电路中，包括三角形在内的各侧等值电抗，均包含有与中性点接地电抗有关的附加项，而普通变压器则仅在中性点电抗接入侧增加附加项。5综合分析(1)变电站规模不宜过大。由表1数据可知，变电站规模对500kV单相短路电流有一定影响，但主要还是取决于系统容量。而220kV则不然，单相短路电流不但受系统容量影响，且与变电站的规模密切相关。杨行、顺义、安定和沙岭等变电站规模较大，单相短路电流超过三相短路电流的百分值亦高。华中三个站均为2组750MVA变压器，单相短路电流增加就相对小一些。笔者以为，变电站规模以不超过30004000MVA为好。(2)由于种种原因，当必须建设规模巨大的变电站时，则可将多台变压器在220kV侧分裂运行，以减少220kV侧的短路电流。(3)500kV变压器中性点经小电抗接地能有效地抑制220kV侧单相短路电流，这是降低220kV侧单
