变电站220kV变压器中性点接地方式选择探讨

变电站220kV变压器中性点接地方式选择探讨

作者：邓玉君 林立华

来源：《中国科技博览》2014年第03期

摘要：220kV变电站是地区电网与500kv主网连络的供电枢纽点，在整个的电力系统中，220kV变电站的变压器发挥着非常重要的作用，系统能否安全稳定的运行， 220kV变压器中性点接地方式对其影响较大。本文对变电站220kV变压器中性点接地方式的选择进行了探讨。 关键词：变电站；220kV系统；变压器；中性点；接地方式 中图分类号：TM41

1、变压器中性点不接地时的过电压

根据GB1094. 3-85《电力变压器第三部分绝缘水平和绝缘试验》的规定，变压器的中性点绝缘水平如表1所示。

对于中性点接地的变压器来说，实际运行当中中性点是安全的。对于实际运行中，中性点不接地的变压器，在中性点处可能出现过电压，从而对变压器中性点绝缘造成很大的危害。由于现阶段电力系统主网构架是以220kV变压器为主，因此我们就以220kV变压器为例来进行分析说明。

1.1 操作产生的过电压

切除空载线路、空载线路合闸、系统解列、电弧接地或者变压器的上一级线路或者本变压器的开关不同期合闸，在中性点不接地变压器的中性点处产生操作过电压。如果变压器一相运行，两相不运行，中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为最大相电压Uxg如果变压器两相运行，一相不运行，中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为Uxg/2，如果被操作的线路与变压器参数达到一定的匹配关系时，暂态过程中产生的过电压可能超过2Uxg，稳态时可能达到2Uxg。的情况。对于两侧均有电源的变压器，在非全相运行时有2UFa。的差频过电压，产生的此类过电压会对变压器中性点绝缘产生很严重的危害。 1.2断线产生的过电压

由于电力线路断线而造成变压器非全相运行也会产生过电压。一相断线中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为以Uxg/2，两相断线中性点不接地变压器中性点处可能产生的电压为Uxg。

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1.3单相接地时的过电压

单相接地时，在变压器中性点处会产生工频过电压。一般采用对称分量法计算故障时变压器的中性点电压。以变压器A相发生接地短路为例分析，故障处零序电压为：

其中：E1为系统原有的等值电势；Z1、 Zo分别为正序阻抗、零序阻抗。忽略阻抗中的电阻，并令零序电抗和正序电抗之比为 ，则有 此零序电压就是变压器中性点不接地时中性点的最大稳态工频过电压，其值为 工频暂态过电压为

其中： 为衰减振荡系数，一般在0.6-0.8之间取值，本文取0.8。

对于不同的系统，综合零序阻抗和综合正序阻抗有不同的数值，对中性点有效接地系统不大于3，中性点绝缘系统 ，为此，对于110kV系统而言，单相接地时中性点的工频稳态电压和暂态电压分别为： K=3时， 时

考虑110kV系统设备设计最高电压一般为126kV，此时单相接地时中性点的工频稳态电压和暂态电压分别为： K=3时， 时

1.4雷击过电压

当雷电进行波沿导线进入变压器时，会在变压器中性点产生过电压。在变压器中性点上产生的最大对地的雷电过电压可以按照下式估算：

其中：URps为变压器绕组前端的雷电过电压，若绕组前端安装有无间隙金属氧化物避雷器，则以其在标称放电电流下残压计算；N为同时进波相数，三相同时进波，N=3两相同时进波，N=2： T为绕组首端雷电过电压周期性分量的波长；瓦为变压器中性点电压的振荡周期。 统计资料表明，三相同时来波的机会是10%，即在变压器进线侧装有避雷器的情况下，约90%的机会在中性点上的电压是小于所可能遭受的过电压最大值。 1.5零序通路问题

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当变压器中性点不接地时，本侧后备保护范围内发生单相接地故障时，无法形成零序通路，造成线路零序保护和变压器本侧零序后备保护拒动。只有等待单相故障发展成相间故障后靠距离保护动作切除故障，这样切除故障时间长，不利于电力设备的稳定、可靠运行。 通过上述分析，我们得出根据一次系统及继电保护装置的需要，变压器宜采用中性点接地方式运行，但是需要结合中性点接地对整个系统零序通路的影响及继电保护装置定值整定的影响，因此需要平衡布置变压器中性点的接地方式、接地数量和接地位置。 2、变压器中性点接地方式对零序保护的影响

变压器中性点接地的原则是：变电站只有一台变压器、自藕变压器及绝缘有要求的变压器中性点直接接地运行；变电站有两台变压器的，应只将其中一台中性点直接接地运行；变电站两台变压器，当一台变压器停运时，将另一台中性点不接地的变压器改为直接接地；特殊情况，对于三绕组变压器，两台变压器其中一台高、中压侧接地，另一台变压器中压侧接地（注：本文对变压器的分析均为Yo/Yo /△接线）。考虑最常见的220kV/110kV/10kV变压器，根据实际运行经验，一般只考虑对侧变电站220kV变压器中性点接地，下一级110kV变电站变压器中性点不接地的方式。 2.1单台变压器高、中压侧中性点接地

如果本站只有一台变压器，其中性点应高、中压侧接地；当本站有两台或两台以上变压器，选用一台变压器高、中压侧接地时，其等值零序网络图如图1所示。 图1一台变压器高、中压侧接地等值零序网络图

其中：XE为系统等值零序阻抗；XHl XM1＼XL1低压侧零序阻抗。，为变压器高、中、由图1可以看出，等值到220KV侧母线的零序阻抗为 ，等值到110kV侧母线的零序阻抗为 如果根据需要将1#变压器中性点倒至2#主变，则等值到220kV母线的零序阻抗为： 等值到110kV母线的零序阻抗为：XL2+XML。因此倒换中性点前后等值到220kV母线、110kV母线阻抗的差别仅仅为两台变压器参数的差别，由于两台并列运行的变压器参数相差非常小，因此两台变压器可以整定定值统一，这样有利于各级零序保护的相互配合，也有利于维持变电站零序阻抗的稳定。

此方式也有它自身的缺点，当变压器某侧后备保护范围内发生故障，越级到变压器后备保护动作时，第一时限跳开母联开关，将故障系统与正常运行系统初步隔离，然后第二时限动作跳开本侧开关，这时系统中性点失去，需要运行人员马上采取措施，及时恢复系统中性点。 2.2两台变压器中性点交叉接地

当两台变压器中性点交叉接地时，即一台变压器高压侧中性点接地、另一台变压器中压侧中性点接地，其等值零序网络图如图2所示。

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图2两台变压器交叉接地等值零序网络图

由图2可以看出，等值到220kV侧母线的零序电抗为 等值到110kV侧母线的零序电抗为X M2+X L2，这种接地方式从零序序网上将220kV系统和110kV系统完全隔离。在正常运行下，220kV侧发生接地故障，110kV侧不会产生零序电流：反之，110kV侧发生接地故障，220kV侧也不会产生零序电流。这样220kV侧和110kV侧在故障时不能相互反应，不能作为相互之间的后备，对可靠隔离故障点少了一层保障。况且如果变电站只有两台变压器，在一台变压器退出运行时，势必要将运行变压器的220KV侧和110kV侧同时接地，又回到第一种情况。

2.3 110kv侧两台变压器接地

变压器高压侧接地，如果只有一台中压侧接地的话，如果发生故障，接地侧变压器主进开关跳开，则系统失去中性点，如果此时系统再发生单相接地，则继电保护装置中的零序保护不能动作，只有等到故障发展成相间故障或者变压器中性点间隙动作跳开变压器各侧开关，从而扩大事故停电范围，造成更加严重的后果。其等值零序网络图如图3所示。 图3 110kV侧两台变压器接地等值零序网络图 由图3等值至220kV母线零序阻抗： 等值到110kV母线零序阻抗：

由于中性点零序保护主要考虑各级线路和变压器之间的配合问题，考虑分支系数的影响，上述三种变压器中性点接地方式对零序回路的影响差别很大。 2.4综合分析

（1）同一台变压器两侧均接地的方式对220kV，110kV母线等值零序阻抗影响最小，运行方式灵活，其缺点是接地变压器跳开后将使得110kV系统失去中性点，为了系统安全可靠运行，需要及时恢复系统中性点。

（2）交叉接地的方式能有效隔离220kV与110KV系统间的零序电流，对220kV系统运行非常有利。但其对110kV母线零序阻抗影响较大。

（3）110kV两台变压器中性点接地的方式能有效克服上述两种方式的缺点，但其运行中方式的改变对220kV及110kV母线影响很大，220kV侧中性点零序电流保护将与出线零序电流保护不配合。综合分析我们看到，同一台变压器两侧均接地具有对220kV、110kv母线等值零序阻抗影响最小、中性点倒换灵活的特点。在接地变压器跳开时，只要运行人员及时将不接地变压器的中性点投入即可，因此可以满足系统稳定的要求。

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3、结束语

总之，变电站220kV变压器中性点接地方式，不但可以防止有效接地系统的失地现象发生，而且大大限制了流经主变压器短路电流，减小了对变压器的短路冲击，提高了变压器抗短路冲击的能力。合理选择电网主变中性点接地运行方式，可以使零序保护充分发挥快速切除故障的作用，提高供电的可靠性，减少对设备的危害。 参考文献：

[1]刘正华， 王红. 供配电系统接地电阻选择[J]. 电气应用， 2009，（18）

[2]李冰寒. 汉中变电站主变压器电压比及分接头的选择[J]. 西北电力技术， 2001，（05） . [3]吴静， 曹晖. 城市配电网中性点电阻接地方式特点及应用[J]. 江苏电机工程， 2007，（06）