上海电网500kV变压器中性点串接小电抗器
限制不对称短路电流的应用
王晓京
（华东电力设计院上海市200063）
[摘要] 本文通过上海杨行、泗泾2座500kV变电站主变压器中性点串接小电抗器工程实例，介绍了目前正在华东电网推广的限制不对称接地短路电流一种新措施的技术特点，讨论了串接小电抗器后需注意的问题。
[关键词] 变压器中性点、串联小电抗器、不对称短路电流、参数分析、设备的配置
The use of small reactor connected to neutral of 500kV transformer to limiting unsymmetrical short circuit current in Shanghai grid
Wang Xiaojing
(East china Electric Power Design Institute, Shanghai, 200063)
Abstract: This paper taken two projects in Shanghai grid presents the use of small reactor connected to n
eutral of 500kV transformer to limiting unsymmetrical short circuit current which is now more and more used in east china power network and discuss the technique characteristic and mention some of the problems must be taken into account.
Key word:neutral of transformer、series reactor、unsymmetrical short circuit current、parameter analyze、configuration of equipment
1、概述
上海电网是华东电网重要组成部分，2007年上海电网统调最高负荷为21208MW，500kV变电容量达到17500MVA，超大容量电网造成短路电流控制困难，为限制短路电流，220kV电网已解环分7片运行，但由于500/220kV变压器采用自耦变压器形式，220kV电网部分结点非对称接地故障短路电流甚至超过了三相短路控制电流。
为限制非对称接地短路电流，经计算分析，一种比较有效的解决办法是在500kV自耦变的中性点安装小电抗，此方案对电网运行结构影响小，易于推广，且可避免大量更换设备造成浪费，具有良好的经济效益。2008年上海地区对500kV杨行和杨高2座500kV变电站主变中性点分别安装了小电抗器，此项技术目前也正在华东电网大范围推广实施。
2、中性点电抗器限制非对称短路电流的作用
杨行站和杨高站500kV主变参数接近，均采用自耦变结构，主要技术参数统一按如下考虑：
1）额定容量：3x(250/250/80) MVA
2）电压组合：500/220/36 kV
3）短路阻抗：高中约12%，中低约29%，高低约43%
4）中性点绝缘水平： 63kV
杨行站220kV母线侧短路电流计算结果见表1。杨高站220kV母线侧短路电流计算结果见表2。
表1  杨行站220kV母线侧短路电流表
表2  杨高站220kV母线侧短路电流表
从表1、表2可以看出，在主变中性点加装小电抗，对主变220kV侧母线三相短路电流无限制作用，但可大大降低主变220kV侧母线单相和二相接地短路电流。当小电抗器阻值选择在13欧姆及以上时，不对称故障短路电流值基本可控制在三相短路电流值以内，且随着阻抗值的增加，不对称故障短路电流值下降趋势变缓，限制作用趋向饱和。
3、工频过电压影响
根据GB 1094.3- 2003变压器标准：500kV主变中性点直接接地，其60s额定外施工频耐受电压85kV，若
经小电抗接地，耐受电压为140kV。
杨行站在中性点如装设13欧姆的小电抗时，220kV母线单相短路时中性点电压偏移为53.3kV，二相接地短路时中性点电压偏移为50.7kV；杨高站在中性点装设13欧姆的小电抗时，220kV母线单相短路时中性点电压偏移为44.2kV，二相接地短路时中性点电压偏移为45.5kV。二站220kV侧接地短路时中性点偏移电压均小于35kV电压级设备对应的1分钟短时工频耐受电压水平，从工频过电压水平看，
杨行站和杨高站主变中性点1分钟短时工频耐受电压水平为140kV，远远超过不对称故障时的中性点电压偏移，可以满足系统需要，且有相当的安全余量。
4、中性点电抗器参数选择
杨行站和杨高站主变中性点小电抗的额定参数选择为:
1）额定电流：200A；
2）热稳定电流:5.0kA，热稳定时间不少于主变压器的热稳定时间，且不少于10s；
3）额定阻抗值：13Ω（在额定频率下的阻抗）；
4）额定容量为：520kVA；
5）绝缘水平：雷电冲击耐受电压325kV，1分钟短时工频耐受电压水平为140kV。
由于500kV和220kV电网运行方式为系统中性点直接接地，正常情况下电抗器长期工作电压很低，接近空载运行。根据系统运行要求，在各种条件下零序与正序电抗之比(X0/X1)为正值，需大于1~1.5但不大于3，以使单相短路电流不大于三相短路电流。当高压侧发生接地短路时，故障切除时间一般小于1s。电抗器热稳定电流取10s相当中性点谐振接地系统故障切除时间，参数除能满足要求外，还有相当的安全余量。电抗器额定阻抗值由系统要求决定，但应保证在各种情况下中性点偏移电压在允许范围内。对电抗器绝缘水平的要求，应认为是二端子间的要求，接地端原则上没有绝缘要求。
5、变压器中性点设备的配置
为保证接地系统电网任何情况不发生中性点失地运行，变压器中性点与接地串联小电抗器之间不主张安装隔离开关，以防止可能的误操作。为提供电网调度可能的接地点调整运行要求，接地串联小电抗器应考虑安装并联接地开关，接地开关应采用电动操作，以满足远方调度控制要求。
为防止变压器当高压侧雷电进波在串联电抗器前变压器中性点产生过电压，对分级绝缘且装有隔离开关的中性点应安装避雷器，避雷器推荐安装在电抗器端子与变压器中性点之间。根据GB311条款，经小电抗接地的变压器中性点绝缘水平相当66kV等级，冲击耐压水平325 kV.p，快波前过电压的绝缘配合系数取  1.25，则避雷器保护水平应不高于260kV.p，对应避雷器可选：Ures=250 kV.p(5kA), s，
s。
由于避雷器无法对电抗器或接地开关故障造成的工频过电压起到保护作用，主变中性点加装小电抗后应考虑并联保护空气间隙。综合变压器工频耐压水平、电抗器可能出现的最大工频电压及避雷器允许的工频过电压能力，并联保护空气间隙一般可取30cm。间隙难以保证在冲击过电压作用时避雷器动作但间隙不动作，在工频过电压作用时避雷器不动作而间隙动作的理想状态，但设计出于安全考虑，仍安装了避雷器和放电间隙。
图1  中性点串联小电抗器的设备配置图
由于500kV变压器一般采用单相形式，变压器中性点套管电流互感器中除流过零序电流外，还流过正序和负序电流，变比一般不能太小，为准确测定电抗器中流过的零序电流，可在电抗器接地端设一只小电流互感器。
6、中性点电抗器的安装布置
根据设备参数，干式电抗器直径一般小于1.2m，高度可小于2m，重量小于1t，变压器中性点配置设备包括电抗器、接地开关、避雷器、放电间隙可布置在主变压器油坑旁不大的空间内。
为节约占地，电抗器可安装在2.5m高支架上，接地开关、避雷器、放电间隙可一同配置在另一高于3m的设备支架上。
图2  中性点串联小电抗器的设备安装布置示意图
reactor4图3  阳行站变压器中性点串联小电抗器照片
7、存在的问题
中性点接地系统如失地运行，在三相负荷不平衡时将造成相电压偏移，给大量系统设备运行造成影响。中性点串接电抗器，在三相负荷不平衡时也将造成相电压偏移，单台变压器运行情况时情况更需注意，具体偏移量需根据系统接线计算确定。
对500/220kV变比的自耦变压器，中性点如果失地运行，当高压侧短路将在中压侧产生2.9倍危险工频过电压，对设备造成危害。中性点串接小电抗器后，对变压器中压侧绝缘考验应严于中性点直接接地的变压器。
中性点串接电抗器系统正常工作时几乎没有电流通过，目前还没有有效的电抗器保护方法，建议参照执行《220kV-750kV电网继电保护装置运行整定规程》“中性点不直接接地的220kV变压器，中性点放电间隙零序电流保护的起动电流可整定为间隙击穿时有足够灵敏度，保护动作后带0.3～0.5s延时，断开变压器各侧断路器。”
由于中性点避雷器与保护空气间隙配合存在不确定因素，在积累一定运行经验后可考虑略装避雷器，仅安装带零序电流保护的放电间隙。
8、小结
500kV主变压器中性点安装小电抗器，可大大降低主变220kV侧单相和二相接地短路电流，但对220kV侧三相短路电流无限制作用。
串接小电抗器阻抗值应由系统计算确定，一般＜15欧姆。根据计算，串接小电抗器后，220kV侧接地短路时变压器中性点偏移电压一般小于85kV，也就是小于35kV电压级设备对应的1分钟短时工频耐受电压水平。串联小电抗器需并联旁接空气放电间隙和避雷器。
应采取有效措施避免变压器中性点因各种因素失地运行。

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