摘要：在电力科学技术的领域中，其电力系统的中性点接地方式是一个很典型的研究课题，它对电力系统的运行、设计以及发展都有十分深远的影响。本文阐述了中性点接地方式的定义、出现单相短路故障对中性点绝缘电压的影响，最后阐述了预防单相故障产生的措施和处理方法。
关键词：短路故障；接地方式；220kV变压器；影响
单相短路故障在所有故障中约占65%～70%。随着电网容量的增加,架空输电线间距离的增大,单相短路故障所占比率也将增大。虽然两相接地短路、两相短路和三相短路发生的概率较单相短路小,但其对变压器安全的威胁不容忽视。近年来220kV变压器故障屡有发生,导致大量的经济损失。因此,迫切需要分析部分接地方式在短路电流增大的情况下,是否仍能有效保障变压器的安全。本文分析了短路故障对部分接地方式下220kV变压器的影响。
1中性点接地方式
1.1中性点接地的分类
中性点是指在三相电路中，三相绕组互联的公共点。在电力系统运行正常时，中性点的对地电位为零或者是接近于零。中性点接地方式分为中性点不接地、中性点经消弧线圈接地、中性点直接接地三种方式。第一种和第二种为小电流接地方式，第三种为大电流接地方式。在我国，大于110kV（包括110kV）电网都使用大电流接地方式，也就是中性点有效接地方式。为了有效降低单相接地的电流，在电网的实际运行中，通常一部分变压器采用不接地的方式。
1.2变压器采用中性点部分接地方式原理
多台变压器并列运行，其中一台变压器采用中性点直接接地，其它的变压器采用中性点不接地的运行方式，即中性点部分接地方式。在发生单相接地时，零序电流会在变压器的中性圈处形成回路，零序电流互感器就会检测到电流在中性线上形成接地保护。如果多台变压器都接地，接地点的短路电流就会被分到多台变压器上面，保护的灵敏度就会降低。为了保证其电流的灵敏度，不采用多台变压器同时中性点接地运行方式。
在公式（1）和公式（2）中，U0代表稳态电压，Uxg代表系统相电压，u0代表暂态电压，r代表变压器的内部振荡系数，连续式绕组r值为1.8，纠结式绕组r值为1.5，K=X0/X1，X0代表零序阻抗，X1代表正序阻抗。
2.2单相短路故障对220kV变压器的影响
电网系统采用中性点部分接地方式既有优点也有缺点，其优点是可以实现既简单又十分可靠的零序保护，同时单相电流不能限制断路器的遮断容量，对通讯的干扰还很小，缺点是系统内存在不接地的变压器，会损坏系统中的设备和变压器的中性点设备。如果变压器出现单相接地故障，系统会出现不对称运行，变压器中性点就会出现过电压情况，接地变压器的中性点就会产生零序电流。正常运行的供电网络如果出现单相接地的故障，系统还能够正常工作大约2h，在断路器还没有跳开单相接地故障时，其变压器中性点的过电压的大小和零序阻抗和正序阻抗的比值相关。在发生单相接地故障时，接地变压器会被切除，这是因为接地变压器的零序电流值过大，达到零序过流保护整定值，这样就会造成非接地变压器失地的情况，这时中性点的过电压值接近相电压值。需要指出的是，由于断路器不同期的切合操作和变压器的工频传递过电压，也会产生失步过电压、谐振过电压以及铁磁谐振过电压，由于发生故障时容易形成孤立的不接地系统，还容易产生弧光接地过电压，所以，对于中性点过电压保护装置的选择很困难。目前，采取的中性点过电压保护装置为避雷器和间隙保护方法，一旦系统内发生“失地”现象，产生的过电压就会对本变电站的变压器和系统中的短路电流、避雷器、继电保护等造成一定的影响，也会损坏过电压的保护装置。由于接地变压器退出运行后，系统的零序阻抗会发生变化，短路电流也随之变化。所以，在发生短路故障时，如果不切除接地变压器，短路电流和接地变压器的耐动稳定和耐热稳定额度相接近，甚至有可能超过其额定限度，对设备造成损害。短路故障时跳开接地变压器会造成不接地变压器“失地”,此时若遇其他过电压,很容易引起不接地变压器中性点绝缘击穿。那么,如果按照部分接地方式正常的动作方式(先切除不接地变压器,接地变压器继续运行),接下来我们进行接地变压器耐受短路电流的热稳定性和动稳定性分析。220kV变压器承受短路冲击电流的限度为:
建立仿真模型,设定0.55s时发生短路故障,基于PSCAD软件计算单相短路、两相接地短路、两相短路和三相短路时流过接地变压器的相电流。定义承受短路电流的裕度系数KI′和KI(其中KI′为仿真得出的最大暂态值与最大冲击电流限度的比值；KI为仿真得出的稳态值与稳态值限度的比值),根据计算结果得到各种短路电流的幅值和短路电流的裕度系数。各种220kV变压器耐短路冲击电流的裕度较大(即耐动性能好),且冲击时间短,故不会对绕组构成威胁；而单相短路电流的稳态值裕度较小(即耐热性能较差),虽未超过限定值,但不宜长时间带故障运行。220kV变电站部分接地方式时,随着系统容量增加,短路电流也相应增大,短路故障时如果接地变压器不被切除,短路电流会接近甚至超过接地变压器的耐热稳定限度和耐动稳定限度,但切除接地变压器又会造成不接地变压器“失地”,危及不接地变压器中性点绝缘。
3单相短路故障的预防措施和处理
要对配电线路定期巡视，查看线路的情况，如拉线是否正常存在断裂和破股的情况，导线弧垂大小是否合适，是否存在过大或者是过小的情况。配电线路上的绝缘设备如避雷器等绝缘测试是否合格，如果不合格要及时更换。定期进行配电器试验，存在不合格的配电变压器要及时更换或者是维修。在配电线路上加装分支熔断器，可以加快查找故障点的速度；加装高电压等级的绝缘子，从而可以提高配电网的绝缘强度。
结束语
各短路故障的短路冲击电流因作用时间短,且未超过耐短路冲击电流的限度,耐动性能好,不会危及变压器安全；单相短路稳态电流已较接近变压器耐稳态短路电流的限度,接地变压器不宜长时间带故障运行。鉴于随着220kV系统容量的增大,短路电流很可能会超过变压器的承受限度,而部分接地方式下有时会形成不接地变压器“失地”,为中性点绝缘击穿留下隐患；并且会改变系统接地点的布局,导致系统零序阻抗改变,带来一系列的影响。我们可以在预防和处理方面做文章，定期安排进行配电试验，并及时更换和修理检测不合格的变压器，并提升检修人员对于短路故障的处理能力。
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论文作者:汤小龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/12
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