500kV单相变压器中性点环流分析与处理
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云南省电力设计院有限公司、昆明理工大学的研究人员马自伟、谢静，在2017年第4期《电气技术》杂志上撰文，分析了500kV单相变压器中性点Π形接地方式下环流产生的原因，计算了在运变电站几种工况下中性点引线环流，并提出改造措施。
1 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 [1~3]。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[4]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[5]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[6-8]，且环流大小占负荷电流的20%以上。然而，以上研究存在明显的不足之处，均忽略了接地网对环流分布的影响，因而计算结果不能真实反应实际情况。
云南地区变电站设计均遵循南网标准设计文件[5]，500kV单相变中性点普遍采用Π形接地。基于这这一事实，研究中性点回路环流分布，以及分析是否存在安全隐患，具有现实意义。
2 Π形接地电路模型及分析（略）
在500kV变电站中，三台单相自耦变压器经防火墙分隔集中布置组成一个单元，中性点出线套管短接后经两侧引下线与地网连接，形成所谓的Π形接地，如图1所示。
图1 单相变中性点Π形接地图
图1中汇流母线、引下线、水平接地极的电抗很小，可以忽略，主要考虑电阻，因此等效电路模型如图2所示。需要强调的是，文献[6-8]的电路模型中均忽略了水平接地极电阻R3、R4，因而其计算结果有很大偏差，本文是对以上文献的重要修正和补充。
图2 Π形接地等效电路模型
注：RAB、RBC分别相间汇流母线电阻；R1、R2为引下线电阻；R3、R4为水平接地极电阻；RN1~RN3为地网接地电阻
从分析中还可看出，环流只在中性点环路中流动，环路之外，环流为零，因此，环流并不会使接地网电位抬升，从而对继电保护及二次回路造成干扰。
3 案例分析
从往年的设计来看，汇流母线常采用采用管母线、耐热铝合金钢芯绞线，引下线常采用扁钢、铜排或耐热铝合金钢芯绞线，水平接地极一般采用扁钢，通常可组合成三种方案。设主变额定容量750MVA，三相负荷平衡，由公式（6）可计算各种组合方案下的环流大小，如表1所示。
从表1可以看出，汇流母线和引下线均为耐热铝合金钢芯绞线时环流较大，为45.09A，占负荷电流的5.2%；汇流母线为管母线，引下线和地中接电线均为扁钢时环流最小，为18.81A，占负荷电流的2.17%。总的来说，环流不超过负荷电流的6%，远远小于文献[6-8]得出的20%的结论。
表1 环流计算值
云南500kV厂口变、500kV和平变、500kV草铺变等多座变电站主变中性点接地均采用方案三设计，500kV富宁变采用方案一设计。以上变电站均已运行多年，至今未报告关于中性点的问题或事故，从侧面说明了环流不算太大。
4 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[4]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。
5 结论
通过以上分析可以得出以下结论：
（1）主变中性点应采用单点双线接地方式较为妥当；
（2）对于在运的老站，短期内环流不会对变电站安全运行造成影响，但长期运行后环流可能造成变压器区水平接地极敷设，建议在有条件时进行改造，消除隐患；
（3）建议及早修订南网标准设计文件，将Π形接地修改为单点双线接地。