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《电工技术》期刊精选——500kV自耦变压器中性点小电抗的应用分析

2016-10-24  geros
500kV自耦变压器中性点小电抗的应用分析
    广东电网中山供电局  张新明

    摘要:结合500kV桂山站主变中性点加装小电抗工程实例,分析了变压器中性点经小电抗接地对限制220kV母线短路电流的作用;介绍了变压器中性点设备的配置情况、作用与要求;从变电运行管理的角度,提出了变压器中性点经小电抗接地运行的注意事项。


    关键词:变压器   短路电流   中性点   小电抗   接地


    引言:随着电网的迅速发展,电网结构不断加强,电网的短路电流水平日益提高。另外,目前电力系统中,500kV变压器几乎均采用自耦变压器,造成部分500kV变电站出现220kV母线的单相短路电流高于三相短路电流、单相短路电流超过或接近设备的额定开断容量的现象。为限制220kV母线的单相短路电流,广东电网2011年在16个500kV变电站加装变压器中性点小电抗。


    1、中性点经小电抗接地对限制短路电流的作用


    1.1变压器采取措施限制220kV短路电流的方法


    通过对变压器采取措施,达到限制220kV系统短路电流的目的,方法主要有三种。


    (1)增大变压器的短路阻抗


    这一措施对降低短路电流有明显效果。但随着变压器短路阻抗的增加,其自身的无功损耗也相应增加,对系统电压水平影响较大,而且该措施存在一定的设计与制造难度。


    (2)用普通三圈变替代自耦变压器


    这一措施对降低短路电流有一定的效果。但要明显降低短路电流,必须增大普通三圈变的短路阻抗,也会使系统无功损耗增加,降低系统电压水平。


    (3)变压器中性点经小电抗接地


    这一措施可有效降低220kV母线的单相短路电流,但对降低三相短路电流基本无效。由于广东电网的500kV变压器多采用自耦变,其单相短路电流高,甚至出现单相短路电流高于三相短路电流的现象。因此,在自耦变压器的中性点安装小电抗,来限制220kV母线的短路电流是有效的。而且该方法不受电网的限制,容易推广,投资较小,施工简单。


    1.2中性点经小电抗接地对限制短路电流的理论分析


    从理论分析,由于自耦变压器中压侧电抗为零或接近为零,所以使用自耦变压器的500kV变电站中压侧零序电抗很小,从而造成220kV系统单相短路电流很大。


    自耦变压器中性点经小电抗接地后,其零序等值电路中,包含有与中性点接地电抗有关的附加值,即零序电抗与接地电抗有关。通过对小电抗的阻值进行合理取值,就可以有效的降低单相短路电流。


    1.3中性点经小电抗接地对限制短路电流的实际作用


    500kV桂山变电站500kV采用3/2断路器接线,出线4回,远期8回,最终建成6个完整串,4台主变全部进串。220kV采用双母线双分段接线,出线6回,远期14回。


    根据桂山站的主变参数,在2011年夏大方式下,桂山站两台主变并列运行时,220kV母线三相短路电流42.5kA,单相短路电流达到51kA,高于三相短路电流8.5kA,已经超过50kA的限值水平,不满足电网运行的要求,需采取措施,降低单相短路电流。尽管桂山供电区可进一步解环运行,短路电流有所下降,但检修方式下桂山站仍然有与外区联络运行的需要。而且远期随着桂山站主变扩建和区内220kV电源的接入,桂山站220kV母线单相短路电流水平还会进一步提高,有必要留有一定的裕度。


    综上所述,为限制2011年桂山站单相短路电流,提高桂山站近区供电可靠性,增强桂山站短路电流水平对电网发展的适应性,提高桂山站及中珠电网运行方式的灵活性,有必要在桂山站主变中性点加装小电抗,限制220kV母线的单相短路电流。


    桂山站主变中性点加装小电抗后,220kV单相短路电流可由51kA降至45kA以下,在50kA限值水平以下,满足电网运行要求。因此,桂山站主变中性点加装小电抗是有效的。


    2、中性点设备的配置


    500kV桂山站主变中性点加装小电抗工程中,中性点加装的设备有中性点小电抗、旁路隔离开关、避雷器与放电间隙、交流零序CT、直流测量装置,其接线方式如图1所示。


    图1500kV桂山站主变中性点设备配置情况(粗线部分)


    2.1中性点小电抗


    根据对500kV桂山站短路电流分析,主变中性点加装小电抗的容量与220kV母线短路电流结果的关系见表1



    由计算结果可知,对于限制单相短路电流,小电抗在0~15范围内,单位电抗下降率为0.51kA/Ω,在15~25范围内,单位电抗下降率仅为0.11kA/Ω。当小电抗值为15欧时,单相短路电流降至约43.4kA,继续增加小电抗的阻抗值对降低短路电流的效果已不明显,进一步增加小电抗电阻抗值的意义不大。


    因此,综合考虑桂山站按加装小电抗限制短路电流的效果,并考虑保留一定的裕度,小电抗阻抗值选取15Ω较为适宜。


    2.2旁路隔离开关


    为确保自耦变压器中性点在任何情况下都处于接地运行状态,变压器中性点与小电抗之间不安装隔离开关,以防止发生误操作而造成变压器中性失地运行。为提供电网调度可能的接地点调整运行要求,方便变压器中性点在直接接地与经小电抗接地之间灵活选择,小电抗安装并联旁路隔离开关,隔离开关采用电动操作机构,以满足调度远方控制要求。


    2.3避雷器与放电间隔


    为防止变压器当高压侧雷电进波在变压器中性点产生过电压,在小电抗与变压器中性点之间安装避雷器。根据GB311规定[1],经小电抗接地的变压器中性点绝缘水平要求为“雷电冲击全波和截波耐受电压峰值325KV、短时工频耐受电压有效值140kV”,与66KV电压等级设备绝缘水平相同,因此所选避雷器为66KV电压等级的避雷器。


    由于避雷器无法对工频过电压起到保护作用,在避雷器安装处并联放电间隙。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,放电间隙选取26cm。


    2.4交流零序CT


    由于500kV自耦变压器为分相变压器,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,因此无法通过套管电流互感器准确获得变压器零序电流值。为了准确测量小电抗中流过的零序电流,在电抗器接地端装设一只小变比的电流互感器。


    2.5直流测量装置


    目前广东电网范围内有多条直流输电线路,形成了复杂的交、直流输电系统,当直流系统发生单极闭锁、单极运行时,强大的直流电流通过接地极、大地形成电场,在一定范围内的交流变压器中性点也将产生直流电流。而500kV桂山站在广东电网直流落点区域内,因此中性点必须安装直流测量装置,直流电流值通过变压器测控装置上送主控室后台机与调度端。


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