220 kV 变压器中压侧中性点经小电抗接地的运行分析

秦 彬，杨克难，潘振东，闫存恒，侯靖岩，张海宾，陈 琳

（国网北京市电力公司检修分公司，北京 丰台 100068）

0 引言

十三五期间北京电网建成了“一环、七区、四深入”网架结构，220 kV 电网形成“分区运行、区内成环、区间联络”七大供电分区[1]。A 变电站为其中K 分区的220 kV 枢纽变电站，其变压器中性点的接地方式选择关系整个分区电网运行，本文对该站220 kV 三绕组变压器的中压侧中性点经小电抗接地的运行方式进行分析，提出该运行方式下对现场运行、倒闸操作的要求。

针对变压器中性点经小电抗接地的运行方式，许多学者进行相关讨论并制定相关规范。文献[2]指出500 kV 自耦变压器中性点经小电抗接地后可有效限制220 kV 侧的单向短路电流；文献[3]指出在110 kV 向阳站实际采用中性点经小电抗接地的运行方式，可以降低变压器中性点过电压同时也限制了单相短路电流；文献[4]指出220 kV 变电站110 kV侧中性点加装小电抗后可以提高等值零序电抗，降低110 kV 侧单相接地短路电流。

由于A 变电站某110 kV 出线热稳定要求，对A 变电站220 kV 变压器110 kV 侧中性点串联小电抗，从而降低110 kV 母线单相短路电流，满足其热稳定性要求。

1 K 分区主变中性点接地情况

1.1 500 kV 变电站

K 分区内的500 kV 变电站均为自耦变压器，其500 kV、220 kV 侧直接接地，低压侧为角形接线，无接地点。

1.2 220 kV 变电站

K 分区内的220 kV 变电站分为枢纽变电站和负荷变电站。枢纽变电站的220 kV 侧和110 kV 侧均合环运行，因此只设置一个接地点，枢纽变电站中多台变压器并列运行时，采用1 台主变的220 kV、110 kV 侧直接接地，其余并列运行变压器中性点经间隙接地；负荷变电站的220 kV 侧和110 kV 侧分列运行，其220 kV 侧中性点接地点由上级电源提供，其110 kV 侧中性点直接接地，为下级110 kV 网络提供接地点，站内主变220 kV 侧不接地，110 kV侧均直接接地；10 kV 侧为角形接线，变压器侧无接地点。在带有站用变及10 kV 出线的母线设置一台接地变提供零序电流通路，实现选线跳闸。

1.3 110 kV 变电站

K 分区内的110 kV 变电站均为负荷变电站，站内110 kV 侧均不接地，10 kV 侧为角形接线，变压器侧无接地点。部分老站10 kV 母线采用消弧线圈接地，大部分新站其电缆出线多，对地容性电流大，同时位于市区，人员密集，为了防止发生接地时跨步电压对人员产生伤害，须尽快切除故障线路，因此在每条母线设置一台接地变提供零序电流通路，实现选线跳闸。

1.4 220 kV A 变电站特殊点

由于A 变电站某110 kV 出线型号限制，发生单向短路接地时单相短路电流过大，不满足其热稳定要求。在考虑改造成本与时间的条件下，结合A变电站改造情况，在A 变电站220 kV 变压器110 kV侧中性点串联小电抗，从而降低110 kV 母线单相短路电流[5]，满足其热稳定性要求。本文主要针对该特殊点分析其对现场运行、倒闸操作的要求，为现场实际提供指导。

2 A 变电站主变中性点接地方式运行分析

2.1 正负零序等值网络分析

按照A 变电站4 台主变并列运行情况展开分析，4 台主变的接线方式均为ynd11。A 变电站为220 kV 枢纽站，运行接地方式为站内1 台主变220 kV 侧中性点直接接地，110 kV 侧中性点经小电抗接地运行。

假设在110 kV 母线发生单相短路故障，则A变电站正序、负序等值电抗图[6]可近似用图1 表示，零序等值电抗图可近似用图2 表示。

图1 正序等效电抗图

图2 零序等效电抗图

其中XL1、XL2为220 kV、110 kV 系统出线等值电抗，Xh1、Xm1、Xl1分别为1 号变高压、中压、低压侧正序电抗。其他编号以此类推。

其中X0L1为220 kV 系统出线零序等值电抗，X0L2为110 kV 系统出线零序等值电抗，因为另一端没有接地点相当于开路，X0h1、X0m1、X0l1分别为1号变高压、中压、低压侧零序电抗。Xs0为1 号变110 kV 侧中性点小串抗。

2.2 单相接地短路电流分析

设在运行中1 号主变220 kV 直接接地、110 kV中性点经小电抗接地，在正序等效电抗图中忽略主变10 kV 绕组，则分析如下。

当110 kV 母线发生A 相短路故障时，接地点的正序等值阻抗为X1为 [XL1+(Xh1+Xm1)//(Xh2+Xm2)//(Xh3+Xm3)//(Xh4+Xm4)]//XL2，负序等值阻抗X2=X1，零序等值阻抗X0=3Xs0+X0m1+[X0l1//(X0L1+X0h1)]，单相接地短路的短路电流为：

串联小电抗后可以看到零序等值阻抗值明显提高[7]，可以降低110 kV 母线单相短路电流，满足目标热稳定性要求。

2.3 短路电流计算结果

将主变实际参数带入，并考虑主变阻抗按照高阻抗计算（U12=14%、U13=64%、U23=50%），计算结果如表1、表2 所示。

表1 短路容量计算表

表2 不同数量主变并列运行情况下110 kV侧单相短路水平

根据计算结果，在A 变电站110 kV 侧加装不小于3 Ω 的小电抗后，可以将A 站110 kV 侧单相短路限制在8.5 kA 以下，现状线路均满足安全要求。由于国网通用一次设备无3 Ω 电抗，最接近为6 Ω小电抗，因此主变110 kV 中性点加装6 Ω 的中性点小电抗器。串联小电抗后可以看到零序等值阻抗值明显提高，降低了110 kV 母线单相短路电流，满足目标热稳定性要求。

2.4 现场运行、倒闸操作的要求

A 变电站主变增加中性点串联小电抗，电抗为6 Ω，刀闸为7-1X、7-2X、7-3X、7-4X，日常运行中，2 台及以上主变并列运行时仅1 台主变中性点接地，且中性点串抗应投入，由于2 号变带有站用电及10 kV 负荷，故7-2X 应合闸；合7-2 刀闸时由于是并联，故7-2X 可不拉。

就地操作7-2X 刀闸时，为了人员安全，必须先合7-2 刀闸。

3 结束语

本文通过对北京K分区主变接地情况分析，引出其中特殊点A 变电站，并通过对该站进行短路计算，计算出中性点未加装小电抗与加装3、6 Ω 小电抗之后的单相短路电流。计算表明，中性点经小电抗接地后可降低其单相短路电流，满足设备热稳定性要求。同时提出中性点小电抗投运后对现场运行、倒闸操作的要求。

本文未对中性点经小电抗接地后的继电保护元件、相间短路电流进行计算，现场运行中也要考虑这2 方面影响，综合各方因素考量进行中性点接地方式选择。