薛雨辰

【關(guān)鍵詞】非線性接地電阻;變壓器;容量

目前我國在6kV～35kV系統(tǒng)中越來越多采用非線性接地電阻接地系統(tǒng)，此種方式的優(yōu)點在于能夠在高阻和低阻之間轉(zhuǎn)換，兼顧了供電連續(xù)性和單相接地時的保護(hù)選線問題。以往35kV變壓器通常采用Yd11接線方式，盡管此種接地方式可以滿足變壓器的運行需求，但沒有一個可供電阻連接的中性點。為了解決此種問題，采用設(shè)置一臺接地變壓器作為一個人工接地連線點的方式，為了節(jié)省投資，此接地變壓器兼做低壓配電變壓器[1]。變壓器不僅需要在系統(tǒng)發(fā)生接地故障時滿足非線性電阻所需容量，并需要滿足低壓負(fù)載的容量。由于電網(wǎng)低壓用戶負(fù)載變化大，為了提高變壓器運行的穩(wěn)定性，并對變壓器負(fù)載進(jìn)行預(yù)測，掌握變壓器在運行中的實際需求，本文將在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合非線性接地電阻的接線方式，對接地變壓器容量預(yù)測方法展開設(shè)計研究，以期通過此種方式，選擇合適容量的接地變壓器。

一、非線性接地電阻下電網(wǎng)接地變壓器容量預(yù)測方法設(shè)計

（一）描述非線性接地電阻下電網(wǎng)接地變壓器運行特點

為了實現(xiàn)對接地變壓器容量的精準(zhǔn)預(yù)測，本章將在非線性接地電阻運行狀態(tài)下，對電網(wǎng)接地變壓器運行特點進(jìn)行描述[2]62。通常情況下，非線性電阻接地下，當(dāng)接地故障時，中性位移電壓計算如下。

公式（1）中：UN表示變壓器的中性位移電壓;Uф表示電網(wǎng)在常規(guī)運行條件下的不對稱性;d表示中性位移距離;表示相位電壓值。上述計算公式中，p可以用如下公式表示。

公式（2）中：CA、CB和CC分別表示相對接地電阻的總電容數(shù)值。根據(jù)上述公式（2）計算得出電網(wǎng)在常規(guī)運行條件下的不對稱性參數(shù)，并將其帶入公式（1）中，實現(xiàn)對中性位移電壓的數(shù)值計算。

通常情況下，在供電企業(yè)電網(wǎng)環(huán)境中，不對稱度是十分小的。因此，本文在對上述公式計算時，結(jié)合架空線路的特點得出其不對稱度通常在1.5%～2.5%范圍以內(nèi)，而電纜線路當(dāng)中的不對稱度會與之相比更小。通過上述公式分析可以得出，變壓器的中性位移電壓與電網(wǎng)的不對稱性以及電網(wǎng)阻尼率都存在一定聯(lián)系，因此通過對上述兩種參數(shù)的變化表現(xiàn)，為非線性接地電阻下電網(wǎng)接地變壓器運行特點。

非線性電阻接地系統(tǒng)發(fā)生故障時，則接地變的中性點電壓高于非線性電阻的起始動作電壓，則非線性電阻工作可以在可變電阻區(qū)限制暫態(tài)過程和過電壓的發(fā)展。當(dāng)中性點電壓低于非線性電阻的起始動作電壓值時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入正常工作運行狀態(tài)。如中性點電壓高于非線性電阻的起始動作電壓，此時電阻由高阻轉(zhuǎn)為低阻，保護(hù)動作。

（二）預(yù)測電網(wǎng)接地變壓器容量負(fù)載

對非線性接地電阻下電網(wǎng)接地變壓器容量負(fù)載進(jìn)行預(yù)測，本文采用應(yīng)用單位指標(biāo)法確定計算負(fù)載，其計算公式為：

公式（3）中，Pei表示區(qū)域范圍內(nèi)單位用電指標(biāo)，由于不同區(qū)域的用電水平差異較大，因此在實際預(yù)測過程中需要根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況Pei對數(shù)值進(jìn)行選擇;Ni表示單位區(qū)域內(nèi)用電用戶數(shù)量。利用上述公式（3）計算得出變壓器容量負(fù)載結(jié)果，將其與同時系數(shù)相乘，得到實際最大負(fù)載。再按照單位面積法對負(fù)載進(jìn)行計算，并在規(guī)定的面積區(qū)域范圍內(nèi)得出，隨著面積的增加，其負(fù)載密度呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢，通過如下公式對其進(jìn)行描述：

公式（4）中，PM表示最大負(fù)載;Ped表示單位面積內(nèi)變壓器容量負(fù)載;s表示預(yù)測電網(wǎng)接地變壓器容量負(fù)載的實際范圍;y表示同時系數(shù)，以此根據(jù)上述公式，在明確預(yù)測區(qū)域面積以及單位面積內(nèi)變壓器容量負(fù)載容量。

如果接地變壓器用于常規(guī)的低阻，考慮到低阻接地系統(tǒng)在發(fā)生接地故障時，系統(tǒng)將在小于1s～2s的時間內(nèi)動作跳閘[2]63。IEEE-C62.92.3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定變壓器10s的允許過載系數(shù)為額定容量的10.5倍，接地變壓器的容量只需選擇電阻工作容量的1/10.5即可。當(dāng)采用非線性電阻時，接地電阻由高阻向低阻轉(zhuǎn)換，此時需考慮非線性電阻電流的載荷率以及高阻情況下的變壓器過載倍數(shù)。

如某變電站3 5 k V 系統(tǒng)采用非線性電阻接地系統(tǒng)， 中性點電壓高于非線性電阻的起始動作電壓，當(dāng)發(fā)生金屬性接地時，通過接地變壓器中性點的瞬時電流如為40 0A，則該接地變壓器的短時容量應(yīng)為：S=√3×37×400/3=8544kVA，根據(jù)變壓器2h的允許過載系數(shù)為額定容量的1.4倍，非線性電阻電流的載荷率12.5%，此時接地變壓器容量為12.5%*8544/1.4=762kVA，選擇大的最近一擋的800kVA標(biāo)準(zhǔn)容量。

如果接地變壓器兼作配電變壓器，則變壓器容量應(yīng)為接地電阻容量與配電容量之和，容量按下式選擇：

K1過載系數(shù)，K2 為非線性電阻電流的載荷率

二、實驗論證分析

為研究本文提出的預(yù)測方法是否能夠得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果，將該方法與現(xiàn)行單位指標(biāo)法預(yù)測方法同時應(yīng)用到相同實驗環(huán)境當(dāng)中，完成如下對比實驗。選擇以某區(qū)域站范圍內(nèi)覆蓋的電網(wǎng)作為實驗環(huán)境，將其區(qū)域范圍內(nèi)的接地變壓器作為實驗研究對象，采用非線性接地電阻接地的方式，分別按照上述公式完成預(yù)測，并按單位指標(biāo)法完成傳統(tǒng)預(yù)測，將兩種方法得出的結(jié)果進(jìn)行比較，為更直觀對比兩種預(yù)測結(jié)果，將其繪制成如表1所示的實驗結(jié)果對比表[3]。

由表1中的結(jié)果可以看出，本文方法得出的結(jié)果與實際接地變的負(fù)載容量相差較小，而當(dāng)前電力企業(yè)常用的單位指標(biāo)法預(yù)測得出的結(jié)果與實際負(fù)載容量相差較大。其主要原因在于以往單位指標(biāo)法在對變壓器負(fù)載容量預(yù)測過程中融入了大量非客觀因素，僅能夠憑借預(yù)測人員的主觀經(jīng)驗對其進(jìn)行預(yù)測，因此得出的結(jié)果可靠性較低。

三、結(jié)束語

本文針對非線性接地電阻下電網(wǎng)接地變壓器的運行狀態(tài)進(jìn)行研究，并提出非線性電阻接地方式下接地變壓器容量進(jìn)行預(yù)測的方法。實驗證明將該方法應(yīng)用于實際能夠有效估算接地變壓器的容量，可以在其發(fā)生故障之前對其進(jìn)行控制，以使其穩(wěn)定地運行。同時，本文提出的預(yù)測方法僅需要通過獲取電網(wǎng)綜合自動化記錄的相關(guān)數(shù)據(jù)，便可實現(xiàn)十分精準(zhǔn)的預(yù)測，因此實際實施過程中更加方便，應(yīng)用性更強(qiáng)，有著更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。