非線性接地電阻下電網接地變壓器容量預測方法

薛雨辰

【關鍵詞】非線性接地電阻;變壓器;容量

目前我國在6kV～35kV系統中越來越多采用非線性接地電阻接地系統，此種方式的優點在于能夠在高阻和低阻之間轉換，兼顧了供電連續性和單相接地時的保護選線問題。以往35kV變壓器通常采用Yd11接線方式，盡管此種接地方式可以滿足變壓器的運行需求，但沒有一個可供電阻連接的中性點。為了解決此種問題，采用設置一臺接地變壓器作為一個人工接地連線點的方式，為了節省投資，此接地變壓器兼做低壓配電變壓器[1]。變壓器不僅需要在系統發生接地故障時滿足非線性電阻所需容量，并需要滿足低壓負載的容量。由于電網低壓用戶負載變化大，為了提高變壓器運行的穩定性，并對變壓器負載進行預測，掌握變壓器在運行中的實際需求，本文將在相關研究成果的基礎上，結合非線性接地電阻的接線方式，對接地變壓器容量預測方法展開設計研究，以期通過此種方式，選擇合適容量的接地變壓器。

一、非線性接地電阻下電網接地變壓器容量預測方法設計

（一）描述非線性接地電阻下電網接地變壓器運行特點

為了實現對接地變壓器容量的精準預測，本章將在非線性接地電阻運行狀態下，對電網接地變壓器運行特點進行描述[2]62。通常情況下，非線性電阻接地下，當接地故障時，中性位移電壓計算如下。

公式（1）中：UN表示變壓器的中性位移電壓;Uф表示電網在常規運行條件下的不對稱性;d表示中性位移距離;表示相位電壓值。上述計算公式中，p可以用如下公式表示。

公式（2）中：CA、CB和CC分別表示相對接地電阻的總電容數值。根據上述公式（2）計算得出電網在常規運行條件下的不對稱性參數，并將其帶入公式（1）中，實現對中性位移電壓的數值計算。

通常情況下，在供電企業電網環境中，不對稱度是十分小的。因此，本文在對上述公式計算時，結合架空線路的特點得出其不對稱度通常在1.5%～2.5%范圍以內，而電纜線路當中的不對稱度會與之相比更小。通過上述公式分析可以得出，變壓器的中性位移電壓與電網的不對稱性以及電網阻尼率都存在一定聯系，因此通過對上述兩種參數的變化表現，為非線性接地電阻下電網接地變壓器運行特點。

非線性電阻接地系統發生故障時，則接地變的中性點電壓高于非線性電阻的起始動作電壓，則非線性電阻工作可以在可變電阻區限制暫態過程和過電壓的發展。當中性點電壓低于非線性電阻的起始動作電壓值時，系統轉入正常工作運行狀態。如中性點電壓高于非線性電阻的起始動作電壓，此時電阻由高阻轉為低阻，保護動作。

（二）預測電網接地變壓器容量負載

對非線性接地電阻下電網接地變壓器容量負載進行預測，本文采用應用單位指標法確定計算負載，其計算公式為：

公式（3）中，Pei表示區域范圍內單位用電指標，由于不同區域的用電水平差異較大，因此在實際預測過程中需要根據當地實際情況Pei對數值進行選擇;Ni表示單位區域內用電用戶數量。利用上述公式（3）計算得出變壓器容量負載結果，將其與同時系數相乘，得到實際最大負載。再按照單位面積法對負載進行計算，并在規定的面積區域范圍內得出，隨著面積的增加，其負載密度呈現出逐漸減小的趨勢，通過如下公式對其進行描述：

公式（4）中，PM表示最大負載;Ped表示單位面積內變壓器容量負載;s表示預測電網接地變壓器容量負載的實際范圍;y表示同時系數，以此根據上述公式，在明確預測區域面積以及單位面積內變壓器容量負載容量。

如果接地變壓器用于常規的低阻，考慮到低阻接地系統在發生接地故障時，系統將在小于1s～2s的時間內動作跳閘[2]63。IEEE-C62.92.3標準規定變壓器10s的允許過載系數為額定容量的10.5倍，接地變壓器的容量只需選擇電阻工作容量的1/10.5即可。當采用非線性電阻時，接地電阻由高阻向低阻轉換，此時需考慮非線性電阻電流的載荷率以及高阻情況下的變壓器過載倍數。

如某變電站3 5 k V 系統采用非線性電阻接地系統， 中性點電壓高于非線性電阻的起始動作電壓，當發生金屬性接地時，通過接地變壓器中性點的瞬時電流如為40 0A，則該接地變壓器的短時容量應為：S=√3×37×400/3=8544kVA，根據變壓器2h的允許過載系數為額定容量的1.4倍，非線性電阻電流的載荷率12.5%，此時接地變壓器容量為12.5%*8544/1.4=762kVA，選擇大的最近一擋的800kVA標準容量。

如果接地變壓器兼作配電變壓器，則變壓器容量應為接地電阻容量與配電容量之和，容量按下式選擇：

K1過載系數，K2 為非線性電阻電流的載荷率

二、實驗論證分析

為研究本文提出的預測方法是否能夠得到更加準確的預測結果，將該方法與現行單位指標法預測方法同時應用到相同實驗環境當中，完成如下對比實驗。選擇以某區域站范圍內覆蓋的電網作為實驗環境，將其區域范圍內的接地變壓器作為實驗研究對象，采用非線性接地電阻接地的方式，分別按照上述公式完成預測，并按單位指標法完成傳統預測，將兩種方法得出的結果進行比較，為更直觀對比兩種預測結果，將其繪制成如表1所示的實驗結果對比表[3]。

由表1中的結果可以看出，本文方法得出的結果與實際接地變的負載容量相差較小，而當前電力企業常用的單位指標法預測得出的結果與實際負載容量相差較大。其主要原因在于以往單位指標法在對變壓器負載容量預測過程中融入了大量非客觀因素，僅能夠憑借預測人員的主觀經驗對其進行預測，因此得出的結果可靠性較低。

三、結束語

本文針對非線性接地電阻下電網接地變壓器的運行狀態進行研究，并提出非線性電阻接地方式下接地變壓器容量進行預測的方法。實驗證明將該方法應用于實際能夠有效估算接地變壓器的容量，可以在其發生故障之前對其進行控制，以使其穩定地運行。同時，本文提出的預測方法僅需要通過獲取電網綜合自動化記錄的相關數據，便可實現十分精準的預測，因此實際實施過程中更加方便，應用性更強，有著更大的經濟效益和社會效益。