500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地分析

2014-08-02 10:01樊红克
科技与创新 2014年9期
关键词:零序断线中性点

樊红克

摘要:针对500 kV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500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地的机理,并探讨了中性点和主变入口处的过电压,最终得出相应结论。

关键词:500 kV自耦变压器;中性点;接地方式;过电压

中图分类号:TM411+.3;TM862+.3 文献标识码:A 文章编号:2095-6835(2014)09-0010-02

在电网中,对500 kV自耦变压器来说,其中性点接地方式的选择是一项系统而复杂的工作,它涉及多个方面的问题,比如继电保护、过电压、通信和设备的制造工艺等。近年来,500 kV变电站不断涌现,机组的装机容量在不断增大,线路也在集中投产。在变压器的选择上,广泛使用了降压型自耦变压器,其中性点的接地普遍采用直接接地方式。这种接地方式会极大地降低系统的零序电抗,使220 kV侧的母线单相短路电流超出了断路器的开断能力,从而对电网的稳定运行构成威胁。因此,将接地方式改为中性点经小电抗接地,本文即对此展开研究。

1短路电流限制措施分析

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500 kV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500 kV变电站中的220 kV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500 kV自耦变压器的220 kV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中性点经小电抗接地原理分析

500 kV自耦变压器中性点经小电抗接地的电气接线图如图1所示。其中,变压器的连接方式为YNynd自耦型。将二次侧折算到一次侧,可以将一次侧和二次侧的绕组端点电位差表示为:

.(1)

式(1)中:U1n——一次侧端点与中性点的电位差;

Un——中性点电位;

U11n——二次侧端点与中性点的电位差;

U1N——一次侧的额定电压;

U11N——二次侧的额定电压。

将各绕组分别断开后,计算折算到其他侧的等值零序电抗,并求出星形零序等值电路,如图2所示。由此可见,在该系统中,接入一个小电抗值后,零序等值电抗值发生了改变,接入的电抗值越大,零序等值电抗也越大。这也就是在接入小电抗后,可以对不对称故障短路电流进行限制的原因。

图1中性点经小电抗接 图2中性点经小电抗接地的自耦

地接线图 变压器零序等值电路图

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,本节先对这一问题进行研究。表1中给出了自耦变压器中性点小电抗接地时的过电压水平。

表1自耦变压器中性点经小电抗接地时的过电压水平

小电抗阻值/Ω 中性点操作过电压幅值/kV 中性点工频过电压有效值/kV

5 117.3 14.2

10 211.2 289

15 267.1 35.3

20 279.5 50.3

30 279.5 50.3

从表1中可以看出,将电抗值取为15 Ω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260 kV的电压,尽管将小电抗取为15 Ω,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1 kA,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。

表2中性点操作过电压水平

工况 中性点操作过电压幅值/kV

单相接地短路 267.1

一相断线 79.8

两相断线 82.3

一相断线后接地短路 151.3

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200 μs~2 ms之间,属于操作波的波形;稳态属于工频过电压。表2中给出了各工况下中性点操作过电压的值。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80 kV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。主变压器中性点的工频过电压分析,表3给出了最终的计算结果。表3 自耦变中性点小电抗工频过电压工况 中性点操作过电压幅值/kV单相接地短路 37.4一相断线 7.2两相断线 4.8一相断线后接地短路 18.95通过分析可以得出以下结论:在500 kV自耦变压器中,500 kV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220 kV侧短路时的情况严重得多。就200 kV出线来说,其条数越少,500 kV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 结束语针对500 kV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500 kV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500 kV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]江林,王自强,张庆庆,等.500 kV及220 kV自耦变压器对电网单相短路电流的影响[J].电力系统保护与控制,2008,36(18):108-1l2.〔编辑:白洁〕500 kV Autotransformer Neutral Anti-grounded Analysis by Small ElectricFan HongkeAbstract: Neutral point 500 kV autotransformer through small reactance grounding conduct research on ways to limit short-circuit current of the sort analyzed by small reactance grounding mechanism 500 kV autotransformer neutral point, and discusses the of the entrance point and the main transformer over-voltage, and ultimately draw the appropriate conclusions. Key words: 500 kV autotransformer; neutral; grounding; overvoltage

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