500kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)流分析與改造措施探究

劉浩

摘要：一般情況下，關(guān)于500kV單相變壓器中性點(diǎn)接地方面會(huì)有兩種設(shè)計(jì)方案。一種是中性點(diǎn)匯流母線兩端通過引下線與主接地網(wǎng)連接，另一種是匯流母線一端通過引下線與主接地網(wǎng)連接。要求500kV單相變壓器嚴(yán)格按照該地區(qū)的變電站要求，選擇中性點(diǎn)接地方式，并加強(qiáng)對(duì)中性點(diǎn)環(huán)流情況進(jìn)行分析，為接下來的改造方案設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：500kv;變壓器;

1 500 kV單相變壓器中性點(diǎn)接地方式

1.1 一端一點(diǎn)接地

大多數(shù)500kV變壓器的中性點(diǎn)在接地時(shí)都會(huì)選擇這種接地方式。一端一點(diǎn)接地指的是只有一根接地引下線從匯流母線一端引出，并與接地網(wǎng)完成連接。如果接地引下線受到了破壞，或者長(zhǎng)時(shí)間缺少維修養(yǎng)護(hù)而自然輻射，接地引下線的截面會(huì)縮小，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)發(fā)生斷裂現(xiàn)象，設(shè)備的熱穩(wěn)定將不能滿足500kV變壓器運(yùn)行要求，這時(shí)電網(wǎng)運(yùn)行也會(huì)出現(xiàn)接地故障或者短路故障。由此可見，一端一點(diǎn)接地的500kV變壓器中性點(diǎn)接地方式缺乏安全性與可靠性，但是接地引下線可以通過電流較小的三相不平衡電流，如下公式所示：IA+IB+IC=I。

1.2 π型接地

這種接地方式要求500kV變壓器中性點(diǎn)有兩根引下線可以與接地網(wǎng)進(jìn)行連接，兩根引下線需要符合500kV變壓器熱穩(wěn)定需求。因此，這種連接方式就產(chǎn)生了500kV變壓器中性點(diǎn)匯流母線兩端分別引出接地引線，并與接地網(wǎng)不同點(diǎn)連接的接地方式，人們將其稱為π型接地方式。該中性點(diǎn)接地方式可以滿足500kV變壓器設(shè)備中兩根引下線備用需求，也提高了500kV變壓器運(yùn)行的安全性，但是引下線也會(huì)通過大小相等、方向卻相反的電流。

1.3 一端兩點(diǎn)接地

為了防止以上兩種接地方式存在的弊端，人們又使用了500kV單相變壓器中性點(diǎn)匯流母線一端引兩根接地引下線與接地網(wǎng)連接的方式。設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，引下線電流和只達(dá)到500kV單相變壓器自身不平衡電流，當(dāng)500kV單相變壓器發(fā)生故障時(shí)，這種接地方式還會(huì)對(duì)故障電流產(chǎn)生分流效果，降低故障電流對(duì)500kV單相變壓器接地裝置產(chǎn)生的不利影響。

2 500 kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)流分析

變電站中，三臺(tái)單相自耦500kV單相變壓器通過防火墻分隔集中布置，并組成了一個(gè)單元，500kV單相變壓器中性點(diǎn)出現(xiàn)套管短接之后，兩側(cè)引下線與帝王相連接，最終形成了π型接地方式，如圖1所示。其中500kV單相變壓器匯流母線、引下線以及水平接地之間電抗小，在探究中性點(diǎn)環(huán)流情況時(shí)可以忽略，只需要分析電阻即可，等效電路如圖2所示。圖2中，RAB和RBC分別代表的是500kV單相變壓器中性點(diǎn)接地間匯流母線電阻情況，R1和R2代表的引下線的電阻，R3和R4代表的是水平接地極電阻，而RN1-RN3表示的是地網(wǎng)接地電阻。如果將水平接地極電阻忽略，在計(jì)算電阻時(shí)就會(huì)出現(xiàn)偏差。假設(shè)I1與I2是500kV單相變壓器中流過兩條引下線的電流，按照基爾霍夫定律得知I1+I2=IA+IB+IC。

500kV單相變壓器中三相不平衡電流比較小，電流和為零，因此兩條引下線中電流大小相等，但是方向相反，能夠推算出變電站接地網(wǎng)電阻超過0.5Ω，低于1Ω;水平接地極電阻為0.9Ω。根據(jù)這一現(xiàn)象可以推斷出500kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)流I1和I2只會(huì)通過R3與R4后完成電流的匯合，在運(yùn)行中不會(huì)經(jīng)過接地網(wǎng)流入大地。人們?cè)谟?jì)算這兩處電流數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)使用并聯(lián)支路電流分流原理，通過疊加法計(jì)算三相電流影響下通過500kV單相變壓器的兩側(cè)引下線電流情況。并得知，對(duì)于500kV單相變壓器中性點(diǎn)的π型接地方式，環(huán)流大小與500kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)路電阻關(guān)系密切，當(dāng)匯流母線、引下線以及水平接地極適用不同規(guī)格型號(hào)導(dǎo)體時(shí)，500kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)流大小會(huì)不同。由此可見，環(huán)流在500kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)路中流動(dòng)，環(huán)路外流動(dòng)數(shù)據(jù)為零，因此環(huán)流不會(huì)讓接地網(wǎng)的電位升高，因此進(jìn)行繼電保護(hù)，以防止500kV單相變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生二次回路干擾。

某500kV，3×250MVA單相變壓器組成了三相變壓器中性點(diǎn)匯流母線的接地方式。當(dāng)500kV單相變壓器處于有功650 MW和無功109MVA的運(yùn)行情況下，人們測(cè)量通過500kV單相變壓器的電流情況，測(cè)得不平衡電流I只有2.7A。隨后，研究人員對(duì)變壓器中性點(diǎn)環(huán)流情況加以分析，將500kV單相變壓器的中性點(diǎn)接地方式改成了π型接地方式，在同樣有功650 MW和無功109MVA狀態(tài)下，兩根引下線中通過的電流分別為157.4A和155.2A，兩根接地引下線電流差只有2.2A，可見500kV單相變壓器中存在不平衡電流情況。經(jīng)過分析得知，500kV單相變壓器的中性點(diǎn)匯流母線使用π型接地方式時(shí)，引下線中會(huì)出現(xiàn)大小相同方向卻相反的電流，電流量較大。過大的電流會(huì)讓500kV單相變壓器金屬結(jié)構(gòu)與接頭處發(fā)熱，產(chǎn)生電能損耗后也會(huì)造成裝置的腐蝕，進(jìn)而引發(fā)電磁污染情況。

3 針對(duì)500 kV單相變壓器的改造措施分析

3.1 實(shí)際案例

根據(jù)人們對(duì)500kV單相變壓器的設(shè)計(jì)來看，變壓器設(shè)備匯流母線經(jīng)常采用管母線、耐熱鋁合金絞線;引下線和水平接地極采用扁鋼。假設(shè)某500kV單相變壓器的主編額定容量為750 MVA，設(shè)備三相負(fù)荷可以達(dá)到平衡，通過有效方式計(jì)算500kV單相變壓器中心的環(huán)流大小，具體分析如下： （1） 方案一中匯流母線為管母6063G-130/116，引下線為銅排TMY-80×5，地中接地線為扁鋼-60×8，相電流為866A，環(huán)流大小為34.94A，環(huán)流占相電流的4.03%。 （2） 方案二中匯流母線與方案一相同，引下線與地中接地線同為扁鋼-60×8，相電流大小為866A，環(huán)流大小為18.81A，環(huán)流在相電流大小中所占比例為2.17%。 （3） 方案三中匯流母線為耐熱鋁合金導(dǎo)線，型號(hào)具體為NRLH60GJ-1440/120，其中引下線與匯流母線相同，地中接地線與方案一、方案二相同，也是扁鋼-60×8，相電流[3大]小為866A，環(huán)流為45.09A，環(huán)流占相電流的5.20%。

某變電站中500kV單相變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)采用了方案一，變電站運(yùn)行了多年，至今未出現(xiàn)與500kV單相變壓器中性點(diǎn)有關(guān)的故障問題。這說明該變電站中500kV單相變壓器中性點(diǎn)的環(huán)流不大，不會(huì)對(duì)設(shè)備造成影響，也不會(huì)對(duì)變電站的正常運(yùn)行產(chǎn)生干擾。

3.2 針對(duì)500 kV單相變壓器中性點(diǎn)環(huán)流的改造措施

根據(jù)以上對(duì)500kV單相變壓器中性點(diǎn)接地方式的計(jì)算與分析，發(fā)現(xiàn)方案一情況下中性點(diǎn)環(huán)流不大，但是如果不采用有效措施制止，環(huán)流就會(huì)長(zhǎng)期存在于電網(wǎng)系統(tǒng)中，進(jìn)而產(chǎn)生電力損耗，也會(huì)加速對(duì)水平接地極的腐蝕。根據(jù)實(shí)際情況，建議采用500kV單相變壓器主變中性點(diǎn)單點(diǎn)接地的方式，消除中性點(diǎn)處的環(huán)流，只有這樣才能夠保證引下線接地可靠。不僅如此，還可以從500kV單相變壓器中性點(diǎn)引兩根引下線，與接地網(wǎng)相連接，并使用支柱絕緣子將引下線固定在B相防火墻兩端。

建議工作人員按照相關(guān)規(guī)定在500kV單相變壓器發(fā)生故障的第一時(shí)間，核實(shí)變壓器中性點(diǎn)處接地引下線熱穩(wěn)定情況，確保其熱穩(wěn)定可以滿足電網(wǎng)系統(tǒng)短路容量不會(huì)持續(xù)增加。要求變電站的工作人員在規(guī)定時(shí)間范圍內(nèi)檢測(cè)500kV單相變壓器接地引下線中通過的電流，使用成像儀或者紅外線監(jiān)測(cè)儀對(duì)500kV單相變壓器中性點(diǎn)套管的連接處加以監(jiān)測(cè)，了解匯流母線處溫度變化情況，如果溫度持續(xù)升高就應(yīng)引起重視，并采用有效的方式平衡溫度，防止匯流母線接線處溫度過熱出現(xiàn)斷線故障。要求工作人員在日常工作中加強(qiáng)對(duì)500kV單相變壓器引線接地裝置的維護(hù)與檢修，發(fā)現(xiàn)500kV單相變壓器存在潛在故障時(shí)應(yīng)進(jìn)行開挖檢查。加強(qiáng)對(duì)接地網(wǎng)開挖檢查和地下施工時(shí)的有效管理，應(yīng)用先進(jìn)的信息化技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)來了解相關(guān)數(shù)據(jù)信息，通過數(shù)據(jù)分析防止外在因素對(duì)500kV單相變壓器接地引線和地網(wǎng)造成不必要的損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，變電站中建議對(duì)500kV單相變壓器主變中性點(diǎn)采用單點(diǎn)雙線的接地方式，以保護(hù)設(shè)備不受內(nèi)外因素干擾。如果500kV單相變壓器處于長(zhǎng)期運(yùn)行的老舊變電站，短期時(shí)間內(nèi)存在的環(huán)流不會(huì)影響變電站的安全運(yùn)行，要求工作人員注意長(zhǎng)期存在的環(huán)流，建議加大資金投入，改造500kV單相變壓器裝置，以消除來自環(huán)流的安全隱患。

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