主變壓器35 kV和6 kV中性點接地方式設計

胡宇

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安710001）

1 工程概況

1.1 概述

中國石油天然氣股份有限公司蘭州石化分公司是我國西部地區集煉油和石油化工為一體的大型國有企業，由于油品質量升級、化工園區擴能和機械加工等項目的增設，新增負荷40.4 MW，用電高峰總負荷將達到188 MW，現中1變電所將難以滿足新增負荷的供電要求，需將中2變電所由35 kV升壓為110 kV，由系統（蘭州南變）提供兩回110 kV線路供電，本次設計安裝3臺50 MV·A有載調壓變壓器,預留第4臺主變的安裝位置。

1.2 電氣主接線

1）110 kV側電氣接線。110 kV側采用單母線分段接線，2回電纜至蘭州南變，1回電纜出線至中1變，4回變壓器進線，1個母聯單元，2個PT/BL單元。

安裝3臺三相三繞組自冷式有載調壓電力變壓器，容量為50 MV·A，電壓等級110/38.5/6.3 kV，連接組別：YN.yn0.d11。

2）35 kV側電氣接線。35 kV側采用單母線三分段接線，3回變壓器進線，6回電纜出線，2個母聯單元，3個PT/BL單元。

3）6 kV電氣接線。6 kV側采用單母線三分段接線，3回變壓器進線，30回電纜出線，2個母聯單元，3個PT/BL單元，3個無功補償單元，3個站用變單元。

電氣主接線見圖1。

圖1 中2變主接線圖

2 35 kV和6 kV中性點接地方式選擇

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》DL/T620要求，為避免間歇性電弧接地過電壓，3 ～10 kV電纜線路單相接地故障電流不大于30 A，35 kV電纜線路單相接地故障電流不大于10 A時，系統中性點采用不接地方式，中2變35 kV和6 kV系統單相接地電容電流均已超出規范要求的數值（計算見式1），必須采取措施避免間歇性電弧接地過電壓。

目前中性點非直接接地方式可分為：經消弧線圈接地、經高電阻接地、經小電阻接地等方式，各種方式的特點如下：

2.1 消弧線圈接地

消弧線圈又稱消弧電抗器或接地故障補償裝置，當系統發生單相接地故障時，消弧線圈產生的電感電流可以補償相應的單相接地電容電流，使接地點電弧容易熄滅，防止弧光重燃，減少了間歇性電弧的產生，降低了電網絕緣閃絡接地故障電流的建弧率，抑制了弧光過電壓，避免長時間燃弧使單相故障發展為兩相或多相故障，同時單相金屬性接地故障時，健全相可以繼續運行2 h，提高供電可靠性[1]。

據國內外相關機構研究，消弧線圈抑制過電壓的效果與其脫諧度有著密切的關系，必須將脫諧度控制在±5%的范圍內才能把弧光過電壓限制在2.6倍相電壓以下。為了消弧線圈保持在過補償狀態下運行，常常要求消弧線圈在諧振點附近的范圍內運行，隨著電網的發展和運行方式地變化，消弧線圈難以始終運行在最佳檔位，有可能使殘流得不到有效抑制而產生弧光接地過電壓；消弧線圈導致接地電流的大小和方向發生改變，使小電流選線裝置的靈敏度受到影響。

2.2 高電阻接地

高電阻接地方式以限制單相接地故障電流為目的，電阻阻值一般在數百 ～數千歐姆，采用高電阻接地可以消除大部分諧振過電壓，對單相間歇弧光接地過電壓具有一定限制作用，主要用于發電機回路。

缺點是系統絕緣水平要求較高。

2.3 低電阻接地

6 ～35 kV主要由電纜構成的配電系統，單相接地故障電容電流較大時，采用低電阻接地，電阻值一般在10 ～20 Ω，單相接地故障電流為100 ～1000 A，優點為快速切除故障，過電壓水平低，可采用絕緣水平較低的電纜和設備；單相接地時，由于流過故障線路的電流較大，可以方便零序過流保護整定，迅速切除故障線路。

缺點是發生單相接地故障時，系統需瞬時跳閘，供電可靠性差；由于接地點的電流大，當零序保護動作不及時或拒動時，將可能導致相間短路發生。

由于蘭州石化公司大多數負荷為一級或二級負荷，對供電可靠性要求較高，綜合以上幾種方式的優缺點，確定中2變電所35 kV和6 kV接地方式采用經消弧線圈接地，當系統發生單相接地故障后，可繼續供電2 h，盡快消除故障，保障供電的連續性。

3 消弧線圈自動跟蹤補償裝置的選擇

傳統的消弧線圈需要人工進行調諧，不僅會使電網短時失去補償，而且不能有效地控制補償后的單相接地故障電流，消弧線圈自動跟蹤補償裝置能隨電網運行方式的變化，及時、快速地調節消弧線圈，使失諧度始終處于規定的范圍內，當系統發生單相接地時，在短時間內調節電感值，使接地點殘流基波無功分量為零，避免了間歇性弧光接地過電壓的產生。

自動跟蹤補償裝置按改變電感方法的不同，大致分為調匝式、調氣隙式、調容式、調直流偏磁式、可控硅調節式等[2]。各種不同的自動跟蹤補償消弧線圈有不同的特點。

1）調匝式：調節速度慢，消弧線圈工作在諧振點附近，為了避免出現過高的串聯諧振過電壓，需在消弧線圈上串聯一個阻尼電阻，將諧振過電壓限制在允許的范圍內。優點制造工藝簡單，成本低。

2）調氣隙式：電抗器鐵芯由靜止芯和動芯組成，通過連續調整動靜鐵芯之間的氣隙，改變磁通量實現無級連續調節電感值。缺點為噪聲較大，運行過熱。

3）調容式：調容式消弧線圈就是通過接入一定數量的電容器以抵消消弧線圈電感電流。由于感性電流和容性電流的相位相差180°，兩者進行算術運算，因此，可通過對電容電流的開、合將消弧線圈二次側的電容電流折算到一次側去抵消電感電流，從而改變消弧線圈的電感補償電流，不需加阻尼電阻。

4）調直流偏磁式和可控硅調節式：響應快，能自動消除單相接地故障，且輸出電流可在0 ～100%額定電流間連續無級調節，殘流小，結構簡單，噪聲低。

綜合以上幾種方式，經比較確定采用可控硅調節式自動跟蹤裝置。

4 消弧線圈容量

35 kV母線出線電纜總長度約6 km，電纜截面為240 mm2，6 kV每段母線出線電纜總長度約23 km，電纜截面為240 mm2，變電所增加的接地電容電流值35 kV按13%，6 kV按18%計取。

電容電流計算：

式中，Ic為接地電容電流有效值，A；C為電纜每相對地電容，μF/km；Uψ為相電壓有效值，kV。

經計算，35 kV母線單相接地電容電流為25.1 A（規范要求不大于10 A），6 kV每段母線單相接地電容電流為51.36 A（規范要求不大于30 A）。

消弧線圈容量計算：

式中，W為消弧線圈容量，kV·A；Un為系統標稱電壓，kV。

計算出35 kV消弧線圈容量為684 kV·A，選用800 kV·A消弧線圈成套裝置；6 kV消弧線圈容量為240 kV·A，由于6 kV為三角形接線，需經接地變引出，同時考慮所用負荷160 kV·A，故選用450 kV·A接地變與消弧線圈組合成套裝置。

5 結語

蘭州石化公司中2變電所35 kV和6 kV中性點接地設計中本著保證供電安全可靠，降低電能損耗的原則，同時借鑒行業內其他變電所的接地設計后，根據蘭州石化公司具體情況，確定了采用配置自動跟蹤補償裝置的消弧線圈成套設備限制弧光接地過電壓。

[1] DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].

[2] 中國航空工業規劃設計研究院.工業與民用配電設計手冊[M].3版.北京：中國電力出版社，2005.