公伯峡变压器中性点经小电抗接地对线路
操作过电压的影响

谢鹏¹，陈梁金¹，施围¹，阮全荣²，桑志强²

（1．西安交通大学，西安　710049；
2．国家电力公司西北勘测设计研究院，西安　710065）

    关键词：中性点；小电抗；操作过电压
    摘　要：变压器中性点经小电抗接地可以有效地限制单相短路电流。文章就中性点小电抗的接入对系统的操作过电压的影响进行了研究。通过计算和分析表明：变压器中性点接入小电抗对系统的操作过电压基本不会产生影响。

　　中性点接地方式对电力系统的运行十分重要，是一个涉及到短路电流大小、供电可靠性、过电压大小等许多方面的综合性问题。系统其接地方式有：不接地（中性点绝缘）；直接接地（有效接地）；经阻抗（电阻、电感）接地或经消弧线圈接地（非有效接地）等^［1］。
　　近年来，关于中性点通过小电抗接地方式的研究日益普遍。有文章分析指出：随着变电站规模的不断扩大，中性点直接接地时，单相短路电流超过三相短路电流的百分比就更高^［2］。这就会对断路器的遮断容量的选择造成困难。而变压器的中性点接入小电抗后，该问题得到了很好的解决。
　　但是，当中性点接入小电抗后，系统的零序阻抗将发生变化，这对系统的操作过电压究竟有没有影 响，是人们关心的问题，作者对这一问题做了研究。
1　计算模型
　　以西北地区的一条输电线路为例，对提出的问题进行了仿真计算和论证分析。这是一条330 kV的输电线路，从青海省的公伯峡水电站到满坪变电站。公伯峡水电站装机容量是5×300 MW；公伯峡至满坪共有三回线路，线路全长为80 km。采用双机双回线的运行方式，其输电线路的基本运行接线如图1所示。其电源侧各种阻抗类型见表1所示。变 压器中性点的小电抗取值为j17．078Ω^［2］。

　　公伯峡—满坪的线路参数，正序为：电阻0．037949Ω／km，电抗3．0174 mH／km，电容0．007764μF／km；零序为：电阻0．23797Ω／km，电抗1．0058 mH／km，电容0．011093μF／km^［3］；线路长度为80 km。
　　满坪侧负载端的阻抗值，正序阻抗为0．3224＋j26．334Ω；零序阻抗为j47．872Ω。根据线路参数，利用EMTP进行稳态计算，得到母线侧的稳态电压和线路的传输功率如表2所示。从表2中可以看出， 系统在稳态运行时，母线侧的电压首、末端没有超过线路末端也不低于标称电压的0．95倍；而传输功率也符合要求，系统可以在此方式下运行。

　　根据要求，在输电线路的首、末端分别加上额定电压为300 kV的线路型金属氧化物避雷器（MOA），其特性如表3所示。

2　仿真计算与综合分析
　　超高压电网的工频过电压在确定系统绝缘水平时起着重要作用。目前中国的330 kV系统，一般要求母线的工频过电压升高不超过1．3倍，线路不超过1．4倍^［4］。同时，工频电压升高的大小将直接影响操作过电压的幅值以及影响保护电器的工作条件和保护效果。因此，在进行操作过电压仿真计算之前，就必须先进行工频过电压的仿真计算。
　　在系统稳态计算基础上，利用EMTP对系统的工频过电压进行模拟，其计算结果均在规定之内，即线路首端不超过1．3 p．u．，末端不超过1．4 p．u．。
　　在超高压电网中，由于断路器具有很强的灭弧能力，基本上避免了重燃现象，中国330 kV线路上 的实测表明，多次切空载长线均未发生重燃；而重合闸过电压更高一些，由于在超高压电网中切除空载线路过电压已被限制，因此合（包括重合）闸过电压就成了主要矛盾，它是选择超高压电网绝缘水平起决定作用的因素^［5］。因而在文章中，操作过电压以合空载长线操作为例来进行。
2．1　不同运行方式下的比较
　　整个计算共进行了120次开关不同期合闸（即360相次），触头的接通时间是按照规定的分布规律进行随机抽样得到的（开关的三相分散性时间不能超过5 ms）。接着按照给定合闸时间的抽样通过EMTP进行了合空载长线过电压的计算，得到统计过电压值。其中表4给出了取消合闸电阻情况下各运行方式下的计算结果。表5则是合闸电阻为600Ω时的各运行方式下的计算结果。其中在运行方式1下，电源侧的Z₀／Z₁值为0．3208；运行方式2、3情况下，其电源侧的Z₀／Z₁值分别为0．2138和0．1604。尽管从运行方式1到3，其电源侧的Z₀／Z₁值在减小，但是从表4和表5中可以看到，改变中性点的接入方式对于操作过电压产生的影响基本可以不计。

　　表6是加上600Ω的合闸电阻，但其中一相损坏以及合闸电阻和避雷器的一相都损坏时的计算结果。通过表4、5以及表6可以看出合闸电阻比避雷器对于操作过电压的影响要大得多。因此当合闸电阻一相损坏时，其对各相的过电压影响都不同，故而在表6中三相过电压要分开列出来。通过表6可以看出改变中性点的接入对于系统的操作过电压的影响并不大，虽然其偏差达到10％，这是由于线路中合闸电阻起作用的结果。并且可以看出合闸电阻的一相损坏，那么这一相的操作过电压就升高的较多。

2．2　同一运行方式下改变系统参数时的比较
　　对于既定长度的线路，系统的电源容量愈小，电源的等效阻抗愈大，线路电容电流流过等效阻抗的电容效应愈显著，稳态电压和过电压幅值上升愈多^［5］。表7分别列出了2台机和3台机的电源阻抗值。并且选取其电源侧对应的Z₀／Z₁值相等的情况来进行比较操作过电压。

　　表8列出了取消合闸电阻，当电源侧Z₀／Z₁分别相等的情况下操作过电压的比较结果。由此可以看到在电源侧Z₀／Z₁相等时，总体上2台机的操作过电压比3台机的要高，正如前面分析的。说明在既定条件下，电源容量对于系统的操作过电压的影响还是比较大的。同时可以看到电源的零序阻抗对于 系统的操作过电压基本没有产生影响。

3　结　论
　　（1）通过对公伯峡—满坪线路的EMTP仿真计算，可以得出变压器经小电抗接地所引起系统零序阻抗的变化，对线路的操作过电压总体不产生影响；
　　（2）通过对变压器中性点不同接入方式的研究，可以得到在中性点接入方式中，全部接入、部分接入和全部接地这些情况中，部分接入下的操作过电压要比其他情况严重一些。它们之间的差值在工程上可以忽略。

参考文献：
［1］　王锡凡．电力工程基础［M］．西安：西安交通大学出版社，1998．
［2］　朱天游．500kV自耦变压器中性点经小电抗接地方式在电力系统中的应用［J］．电网技术，1999，23（4）：15～18．
［3］　施围．电力系统过电压计算［M］．西安：西安交通大学出版社，1988．
［4］　GB311．1—1997．高压输变电设备的绝缘配合［S］．
［5］　解广润．电力系统过电压［M］．北京：水利电力出版社，1985．