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摘要：随着社会的进步和时代的发展，我国电力系统得到了迅速发展。500kV变电站内主变压器采用的是自耦变压器，接地方式也是中性点直接接地，要求变电站在设计时加强对中性点接地的分析。基于此，以500kV单相变压器作为研究对象，根据中性点接地方式探究其环流情况，结合500kV单相变压器的中性点接地实际情况阐述科学有效的改进措施。
关键词：500kV；单相变压器；中性点；环流分析；改造措施
引言
在500kV变电站中，主变压器一般采用自耦变压器，中性点直接接地。在云南这样一个多山的地区，由于受道路运输条件限制，500kV主变通常采用单相自耦变，这就需要在变电站设计时考虑中性点接地的问题。通常有两种设计方案：一种是采用Π形接地，从中性点汇流母线两端通过引下线与主接地网连接；另一种是单点接地，从汇流母线一端通过引下线与主接地网连接。由于工程强制性条文规定，电气设备接地线须两点及以上与主接地网连接，因此南网的标准设计文件推荐采用Π形接地，并且认为Π形接地较一点接地更可靠。但近来有研究表明，Π形接地方式存在较大环流，且环流大小占负荷电流的20%以上。
1变压器组中性点接地方式
1.1一端一点接地
大多数500kV变压器的中性点在接地时都会选择这种接地方式。一端一点接地指的是只有一根接地引下线从汇流母线一端引出，并与接地网完成连接。如果接地引下线受到了破坏，或者长时间缺少维修养护而自然辐射，接地引下线的截面会缩小，严重时也会发生断裂现象，设备的热稳定将不能满足500kV变压器运行要求，这时电网运行也会出现接地故障或者短路故障。由此可见，一端一点接地的500kV变压器中性点接地方式缺乏安全性与可靠性，但是接地引下线可以通过电流较小的三相不平衡电流，如下公式所示：1A＋1B＋1C＝1。
1.2π型接地
这种接地方式要求500kV变压器中性点有两根引下线可以与接地网进行连接，两根引下线需要符合500kV变压器热稳定需求。因此，这种连接方式就产生了500kV变压器中性点汇流母线两端分别引出接地引线，并与接地网不同点连接的接地方式，人们将其称为π型接地方式。该中性点接地方式可以满足500kV变压器设备中两根引下线备用需求，也提高了500kV变压器运行的安全性，但是引下线也会通过大小相等、方向却相反的电流。
1.3一端两点接地
为了防止以上两种接地方式存在的弊端，人们又使用了500kV单相变压器中性点汇流母线一端引两根接地引下线与接地网连接的方式。设备正常运行时，引下线电流和只达到500kV单相变压器自身不平衡电流，当500kV单相变压器发生故障时，这种接地方式还会对故障电流产生分流效果，降低故障电流对500kV单相变压器接地装置产生的不利影响。500kV单相变压器中性点环流分析变电站中，三台单相自耦500kV单相变压器通过防火墙分隔集中布置，并组成了一个单元，500kV单相变压器中性点出现套管短接之后，两侧引下线与帝王相连接，最终形成了π型接地方式，如图1所示。其中500kV单相变压器汇流母线、引下线以及水平接地之间电抗小，在探究中性点环流情况时可以忽略，只需要分析电阻即可，等效电路如图2所示。图2中，RAB和RBC分别代表的是500kV单相变压器中性点接地间汇流母线电阻情况，R1和R2代表的引下线的电阻，R3和R4代表的是水平接地极电阻，而RN1－RN3表示的是地网接地电阻。如果将水平接地极电阻忽略，在计算电阻时就会出现偏差。假设11与12是500kV单相变压器中流过两条引下线的电流，按照基尔霍夫定律得知11＋12＝1A＋1B＋1C。500kV单相变压器中三相不平衡电流比较小，电流和为零，因此两条引下线中电流大小相等，但是方向相反，能够推算出变电站接地网电阻超过0.5Ω，低于１Ω；水平接地极电阻为0.9Ω。根据这一现象可以推断出500kV单相变压器中性点环流11和12只会通过R3与R4后完成电流的汇合，在运行中不会经过接地网流入大地。人们在计算这两处电流数据时，会使用并联支路电流分流原理，通过叠加法计算三相电流影响下通过500kV单相变压器的两侧引下线电流情况。并得知，对于500kV单相变压器中性点的π型接地方式，环流大小与500kV单相变压器中性点环路电阻关系密切，当汇流母线、引下线以及水平接地极适用不同规格型号导体时，500kV单相变压器中性点环流大小会不同。由此可见，环流在500kV单相变压器中性点环路中流动，环路外流动数据为零，因此环流不会让接地网的电位升高，因此进行继电保护，以防止500kV单相变压器运行时产生二次回路干扰。某500kV，3×250MVA单相变压器组成了三相变压器中性点汇流母线的接地方式。当500kV单相变压器处于有功650MW和无功109MVA的运行情况下，人们测量通过500kV单相变压器的电流情况，测得不平衡电流1只有207A。随后，研究人员对变压器中性点环流情况加以分析，将500kV单相变压器的中性点接地方式改成了π型接地方式，在同样有功650MW和无功109MVA状态下，两根引下线中通过的电流分别为157.4A和155.2A，两根接地引下线电流差只有2.2A，可见500kV单相变压器中存在不平衡电流情况。经过分析得知，500kV单相变压器的中性点汇流母线使用π型接地方式时，引下线中会出现大小相同方向却相反的电流，电流量较大。过大的电流会让500kV单相变压器金属结构与接头处发热，产生电能损耗后也会造成装置的腐蚀，进而引发电磁污染情况。
图2 π型接地方式等效电路图
2改造措施
尽管计算结果表明，环流不算太大，但环流长期存在，不仅产生损耗，还会加速地中水平接地极的腐蚀速度，不利于系统安全。因此，应采取措施消除环流。引下线采用单点接地时，汇集到引线上的和电流为零，因此，主变中性点采用单点接地可以消除环流。为满足强制性条文的要求，保证接地可靠，建议从一点引双根引下线至主接地网，双根引下线可以采用支柱绝缘子固定在B相防火墙的两侧。
结束语
单相变压器空载直流偏磁试验可采用一台低压激磁，另一台低压空载，两台高压并联的方法试验，高压回路中加直流的方式进行直流偏磁试验。单相变压器模拟负载下的直流偏磁试验可采取两台低压并联激磁，中压或高压错开挡位产生环流，模拟负载电流的方法进行，只是模拟负载电流不能完全等效变压器运行负载情况，但应对负载电流的情况事先进行计算分析。单相变压器铁心磁密选择对耐受直流偏磁能力有重要影响，500kV变压器由于高压侧匝数较多，直流磁势较大，在直流从高压侧入侵时容易发生单向饱和。单相变压器应充分考虑运行带负载时，负载电流漏磁通与铁心中主磁通的相互迭加作用，变压器带负载下，允许的直流偏磁能力与空载时不同。
参考文献：
[1]唐芳轩.500kV单相变压器组中性点接地方式探讨[J].高压电器，2018，40（3）：233-234.
[2]马志强.消减变压器中性点直流电流抑制直流偏磁的电位补偿方法[J].广东电力，2017，20（5）：1-5.
[3]彭桥，马志强，雷存祥，等.台山电厂变压器直流偏磁分析与防治[J].电力技术，2018，（8）：43-48.
论文作者:李轩
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/11/29
标签：变压器论文; 单相论文; 电流论文; 环流论文; 方式论文; 母线论文; 电阻论文; 《防护工程》2019年15期论文;