（国网上海电力设计有限公司 200001）
摘要：为了限制特高压变电站不对称短路电流水平，往往需要在主变中性点安装电抗器。本文对1000kV变电站主变中性点安装电抗器进行过电压及绝缘配合研究。主要提出1000kV 主变中性点的工频及操作过电压水平以及通过主变中性点电抗器的工频稳态及暂态电流，并确定主变中性点避雷器的参数以及中性点电抗器的技术参数。
关键词：变压器；中性点电抗器；过电压与绝缘配合；避雷器
引言：随着我国电网建设速度的加快，部分接地点密集的地区往往存在电流超标的问题并日趋严重，通常的解决方法是在主变中性点安装小电抗以限制入地电流。但是目前在特高压主变安装电抗器尚无实例，为确保工程实施后电气设备及人身的安全，本文展开对特高压主变中性点安装电抗器的研究。
一、研究条件
1.运行方式
2台1000kV主变，4回1000kV线路，6回500kV线路。
1.主变参数
额定容量(MVA)：1000/1000/334；
额定电压(kV) ：1050/√3 ，525/√3 ：110kV；
UK1-2(%)：18
UK1-3(%)：62
UK2-3(%)：40
2.1000kV 主变高、中压公共中性点耐压水平
(1) 一分钟工频耐压：140kV（有效值）；
(2) 雷电冲击全波耐受电压：325kV（峰值）。
研究中考虑主变饱和特性。饱和特性曲线采用1000kV 变压器典型参数，见图1-1所示。
图1-1 1000kV变压器励磁特性曲线
研究中考虑主变高、中压侧避雷器，高压侧避雷器额定电压为828kV，中压侧避雷器额定电压为420kV。
3.主变中性点电抗器的阻值暂按16Ω考虑
4.主变高压侧断路器短路水平为63kA，中压侧短路水平为50kA
二、变压器中性点电抗器工频电压及电流
经过对各种不对称短路故障的计算分析表明，变电站中压侧母线或出线侧发生单相或两相接地故障时，变压器中性点电抗器的工频电压最高。根据以上假设条件，经过计算主变中性点电抗器的工频电压及电流为：主变中性点的最大工频电压为87.3kV，通过电抗器的最大工频电流为5.45kA。
由于特高压变电站系统联络性强，短路容量大，根据以往工程经验，主变中性点加装16Ω的电抗器后，对1000kV 和500kV 系统的工频过电压影响极小。
三、变压器中性点操作过电压和暂态电流
根据假设条件研究接地故障、合空载变压器操作时变压器中性点操作过电压及暂态电流。特高压主变高压侧、中压侧均装设避雷器，变压器中性点避雷器的额定电压为96kV。
1.接地故障
在上述给定的运行方式下，计算接地故障情况下变压器中性点电抗器上的操作过电压、最大暂态电流及中性点避雷器的能耗，计算结果见表3-1。
1.变压器中性点绝缘水平的校核
GB 311.1《绝缘配合第1部分定义、原则和规则》中规定：在电压等级大于1kV 小于或等于252kV 范围内选取设备的绝缘水平时，需要考虑设备耐受标准额定雷电冲击耐受电压和标准额定短时工频耐受电压两种电压。
1000kV 变压器的中性点多采用66kV 电压等级的绝缘水平，在该电压等级下设备的额定雷电冲击耐受电压为325kV（峰值）；额定短时工频耐受电压为140kV（有效值）。
由前面计算结果可知，特高压主变中性点加装阻值为16Ω的电抗器后，主变中性点的最高工频电压为87.3kV，其电压值小于66kV 电压等级下的短时工频耐受电压（140kV），且裕度较大。因此可以看出特高压主变中性点加装电抗器后仍可采用66kV 电压等级的绝缘水平。
2.变压器中性点保护措施概述
目前变压器中性点电抗器保护方式主要有：单一金属氧化物避雷器保护；单一间隙保护；无间隙金属氧化物避雷器与间隙并联保护。由于避雷器保护水平、间隙动作特性与变压器中性点的绝缘水平之间的配合要求苛刻，非常难以实现，因此本文推荐采用单一避雷器的保护方式。
3.避雷器的选择
变压器中性点电抗器如采用单一避雷器保护，主变中性点电抗器上经受的操作和雷电过电压与中性点避雷器的额定电压等级有关，避雷器的选择既要保证被保护设备的安全，又要保证避雷器自身的安全。
前面研究结果表明，在故障条件下，变压器中性点的最高工频电压为94.6kV。为了确保避雷器能够承受工频过电压并有一定裕度，上述变压器中性点可选择额定电压为96kV的金属氧化物避雷器。
在正常状态下，变压器中性点电压基本为零。在故障条件下，变压器中性点的最高工频电压为94.6kV，低于避雷器的额定电压。
根据GB311.7《高压输变电设备的绝缘配合使用导则》，对设备进行绝缘配合时，需要考虑设备的额定雷电冲击耐受电压与避雷器的保护水平间的安全裕度系数（KS），避雷器紧靠被保护设备时KS≥1.25。选择额定电压为96kV的避雷器时，其雷电冲击电流下的残压为260kV（峰值）（1.5kA 等级），66kV设备的雷电冲击耐受电压为325kV，其安全系数为1.25。满足绝缘配合要求。推荐避雷器参数如表4-1。
五、结论
1.变压器中性点的工频过电压和电流
1000kV 主变中性点加装阻值为16Ω电抗器后，主变中性点的最大工频电压为87.3kV，通过电抗器的最大工频电流为5.45kA。
2.变压器中性点的操作过电压和电流
采用表4-1 所示避雷器保护情况下，变压器中性点最大操作过电压为172.2kV，电抗器的最大暂态电流为19.3kA；
接地故障或合空变操作的暂态过程中，变压器中性点避雷器的能耗最大值为53.6kJ，低于其允许值，裕度较大。
3.变压器中性点绝缘水平校核及避雷器配置
推荐1000kV 主变中性点仅通过加装避雷器限制过电压。1000kV 主变经电抗器接地后，变压器中性点可以采用66kV 级的绝缘水平，即雷电全波和截波耐受电压为325kV；短时工频耐受电压为140kV。避雷器的选择见表4-1。
4.变压器中性点电抗器的技术条件
1000kV 变压器中性点安装阻值为16Ω的电抗器时，电抗器中性点侧绝缘水平可按66kV 电压等级选取，即雷电全波和截波耐受电压为325kV，短时工频耐受电压为140kV。中性点电抗器的动稳定电流不低于23.2kA，2s热稳定电流不低于6.5kA，额定电流不小于260A，额定容量不小于1.08Mvar。
综上所述，根据给定条件及以往经验，1000kV变压器中性点加装电抗器后，对系统的工频和操作过电压影响极小。为限制特高压系统短路电流超标问题，可以在特高压主变中性点安装电抗器。
参考文献：
[1] 住房和城乡建设部、国家质量监督局，交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范，GB/T 50064－2014
[2] 国家质量监督局、国家标委会，绝缘配合第1 部分：定义、原则和规则，GB311.1-2012
[3] 国家质量监督局、国家标委会，电力变压器第五部分承受短路的能力，GB1094.5-2008
论文作者:王铁山
论文发表刊物:《电力设备》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/22
标签：避雷器论文; 过电压论文; 电压论文; 变压器论文; 电抗器论文; 电流论文; 水平论文; 《电力设备》2017年第13期论文;