馬自偉 謝 靜

?

500kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)流分析與改造措施

馬自偉1謝 靜2

（1. 云南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，昆明 650051；2. 昆明理工大學(xué)，昆明 650500）

分析了500kV單相變壓器中性點(diǎn)Π形接地方式下環(huán)流產(chǎn)生的原因，計(jì)算了在運(yùn)變電站幾種工況下中性點(diǎn)引線環(huán)流，并提出改造措施。

單相變；中性點(diǎn)；環(huán)流；Π形接地；單點(diǎn)接地

在500kV變電站中，主變壓器一般采用自耦變壓器，中性點(diǎn)直接接地[1-3]。在云南這樣一個(gè)多山的地區(qū)，由于受道路運(yùn)輸條件限制，500kV主變通常采用單相自耦變，這就需要在變電站設(shè)計(jì)時(shí)考慮中性點(diǎn)接地的問題。通常有兩種設(shè)計(jì)方案：一種是采用Π形接地，從中性點(diǎn)匯流母線兩端通過引下線與主接地網(wǎng)連接；另一種是單點(diǎn)接地，從匯流母線一端通過引下線與主接地網(wǎng)連接。由于工程強(qiáng)制性條文[4]規(guī)定，電氣設(shè)備接地線須兩點(diǎn)及以上與主接地網(wǎng)連接，因此南網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)文件[5]推薦采用Π形接地，并且認(rèn)為Π形接地較一點(diǎn)接地更可靠。但近來有研究表明，Π形接地方式存在較大環(huán)流[6-8]，且環(huán)流大小占負(fù)荷電流的20%以上。然而，以上研究存在明顯的不足之處，均忽略了接地網(wǎng)對環(huán)流分布的影響，因而計(jì)算結(jié)果不能真實(shí)反應(yīng)實(shí)際情況。

云南地區(qū)變電站設(shè)計(jì)均遵循南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)文 件[5]，500kV單相變中性點(diǎn)普遍采用Π形接地。基于這這一事實(shí)，研究中性點(diǎn)回路環(huán)流分布，以及分析是否存在安全隱患，具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 Π形接地電路模型及分析

在500kV變電站中，三臺單相自耦變壓器經(jīng)防火墻分隔集中布置組成一個(gè)單元，中性點(diǎn)出線套管短接后經(jīng)兩側(cè)引下線與地網(wǎng)連接，形成所謂的Π形接地，如圖1所示。

圖1 單相變中性點(diǎn)Π形接地圖

圖1中匯流母線、引下線、水平接地極的電抗很小，可以忽略，主要考慮電阻，因此等效電路模型如圖2所示。需要強(qiáng)調(diào)的是，文獻(xiàn)[6-8]的電路模型中均忽略了水平接地極電阻3、4，因而其計(jì)算結(jié)果有很大偏差，本文是對以上文獻(xiàn)的重要修正和補(bǔ)充。

注：AB、BC分別相間匯流母線電阻；1、2為引下線電阻；3、4為水平接地極電阻；N1—N3為地網(wǎng)接地電阻。

設(shè)1、2分別為流過引下線1和引下線2的電流，由基爾霍夫第一定律可知：

主變?nèi)嗖黄胶怆娏骱苄?，可以近似按三相平衡考慮。因三相電流和為零，所以1和2大小相等，方向相反。可以計(jì)算得出，變電站接地網(wǎng)電阻N在0.5～1W之間，水平接地極電阻3、4為0.9mW左右，因此可以斷定，環(huán)流1、2只可能經(jīng)3、4后匯合，不會經(jīng)地網(wǎng)流入大地，這樣，在求解環(huán)流1和2時(shí)，可采用并聯(lián)支路電流分流的原理。采用疊加法，分別計(jì)算A、B、C相電流作用下流過兩側(cè)引線下的電流，三相矢量和即為最終流過引下線的電流。

定義為環(huán)流電阻，則

（2）

流過引下線1的和電流為

設(shè)三相電流為

（4）

則

相間匯流母線AB≈BC，引下線1≈2，地中接地線3≈4，因此近似認(rèn)為AB=BC，1=2，3=4。則

（6）

式（6）即為引下線中環(huán)流的計(jì)算式。與文獻(xiàn)[6-8]的研究結(jié)論相比，本公式分母中多了3分量，即說明水平接地極電阻對環(huán)流分布有重要影響，不可忽略。從式（6）可以看出，對于Π形接地，環(huán)流大小與中性點(diǎn)環(huán)路電阻的組合有很大關(guān)系，當(dāng)匯流母線、引下線和水平接地極采用不同規(guī)格型號的導(dǎo)體時(shí)，環(huán)流大小將不同。從以上分析中還可看出，環(huán)流只在中性點(diǎn)環(huán)路中流動(dòng)，環(huán)路之外，環(huán)流為零，因此，環(huán)流并不會使接地網(wǎng)電位抬升，從而對繼電保護(hù)及二次回路造成干擾。

2 案例分析

從往年的設(shè)計(jì)來看，匯流母線常采用采用管母線、耐熱鋁合金鋼芯絞線，引下線常采用扁鋼、銅排或耐熱鋁合金鋼芯絞線，水平接地極一般采用扁鋼，通?？山M合成3種方案。設(shè)主變額定容量750MVA，三相負(fù)荷平衡，由式（6）可計(jì)算各種組合方案下的環(huán)流大小，見表1。從表1可以看出，匯流母線和引下線均為耐熱鋁合金鋼芯絞線時(shí)環(huán)流較大，為45.09A，占負(fù)荷電流的5.2%；匯流母線為管母線，引下線和地中接電線均為扁鋼時(shí)環(huán)流最小，為18.81A，占負(fù)荷電流的2.17%?？偟膩碚f，環(huán)流不超過負(fù)荷電流的6%，遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)[6-8]得出的20%的結(jié)論。

表1 環(huán)流計(jì)算值

云南500kV廠口變、500kV和平變、500kV草鋪?zhàn)兊榷嘧冸娬局髯冎行渣c(diǎn)接地均采用方案三設(shè)計(jì)，500kV富寧變采用方案一設(shè)計(jì)。以上變電站均已運(yùn)行多年，至今未報(bào)告關(guān)于中性點(diǎn)的問題或事故，從側(cè)面說明了環(huán)流不算太大。

3 改造措施

盡管計(jì)算結(jié)果表明，環(huán)流不算太大，但環(huán)流長期存在，不僅產(chǎn)生損耗，還會加速地中水平接地極的腐蝕速度，不利于系統(tǒng)安全。因此，應(yīng)采取措施消除環(huán)流。引下線采用單點(diǎn)接地時(shí)，匯集到引線上的和電流為零，因此，主變中性點(diǎn)采用單點(diǎn)接地可以消除環(huán)流。為滿足強(qiáng)制性條文[4]的要求，保證接地可靠，建議從一點(diǎn)引雙根引下線至主接地網(wǎng)，雙根引下線可以采用支柱絕緣子固定在B相防火墻的兩側(cè)。

4 結(jié)論

通過以上分析可以得出以下結(jié)論：

1）主變中性點(diǎn)應(yīng)采用單點(diǎn)雙線接地方式較為妥當(dāng)。

2）對于在運(yùn)的老站，短期內(nèi)環(huán)流不會對變電站安全運(yùn)行造成影響，但長期運(yùn)行后環(huán)流可能造成變壓器區(qū)水平接地極敷設(shè)，建議在有條件時(shí)進(jìn)行改造，消除隱患。

3）建議及早修訂南網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)文件，將Π形接地修改為單點(diǎn)雙線接地。

[1] DL/T 5429—2009. 電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB/T 50064—2014. 交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] 電力工業(yè)部電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院, 紀(jì)雯. 電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 中國電力出版社, 1998.

[4] 工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文: 電力工程部分[M]. 北京: 中國電力出版社, 2011.

[5] 中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司. 中國南方電網(wǎng)公司輸變電工程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)V1.0[M]. 北京: 中國電力出版社, 2013.

[6] 李顯鵬, 章凱峰, 錢黎鳴, 等. 通過500kV單相主變中性點(diǎn)接地引下線的電流分析[J]. 浙江電力, 2012, 31(3): 22-24.

[7] 李德佳. 單相變壓器組中性點(diǎn)“Π”型接地產(chǎn)生環(huán)流的原因分析[J]. 變壓器, 2005, 42(12): 32-33.

[8] 唐芳軒. 500kV單相變壓器組中性點(diǎn)接地方式探討[J]. 高壓電器, 2004, 40(3): 233-234.

Analysis and Solution of 500kV Single Phase Transformer Neutral Point Current

Ma Ziwei1Xie Jing2

(1. Yunnan Province Electric Power Design Institute Co., Ltd, Kunming650051;2. Kunming University of Science and Technology, Kunming650500)

Analyze the causes of neutral point circular current existing in the Π grounding loop, calculate the circular current under various working condition, and put forward resolving measures.

single phase transformer; neutral point; circular current;Π grounding；single point grounding

馬自偉（1979-），男，云南省昆明市人，碩士，高工，主要從事變電站設(shè)計(jì)、高電壓與絕緣技術(shù)研究工作。