黄鑫
国网江西省电力有限公司南昌供电分公司 南昌 330069
摘要：110kV及以上系统为有效接地系统，部分220kV变压器高中压侧中性点接地，110kV变压器中性点一般不接地。在考虑雷电冲击、单相接地以及开关非全相动作等情况下，通过对接带分布式电源的110kV变压器中性点的过电压分析，提出了其中性点接地方式选择意见。
关键词：分布式电源；110kV变压器；中性点；过电压
Analysis of Neutral Point Overvoltage of 110kV Transformer with Distributed Generation
Xin Huang
(State Grid Nanchang Power Supply Company，Nanchang 330069，China)
Abstract:110kV and above electric power systems are effective grounding operation, Part of neutral points of 220kV Transformer at high and medium voltage side are grounded, which of 110kV transformer are generally not grounded.Consideration of lightning impulse,single phase grounding and breaker incomplete phase malfunction, according to the analysis of Neutral Point Overvoltage Protection of 110 kV Transformer with Distributed Generation,the suggestion of mode of grounding is proposed.
Key words: distributed generation;neutral point overvoltage;lightning impulse;single phase grounding;incomplete phase
中图分类号： 文献标识码： 文章编号：
1 引言
为保持系统零序网络稳定、限制接地短路电流以及降低零序保护的配合难度，110kV变压器中性点一般采用间隙接地，单个变电站中220kV主变采取至少一台高中压侧中性点接地。有效接地系统发生短路时中性点电压偏移得到有效限制，为降低成本，一般采用分级绝缘变压器，中性点绝缘电压水平低于绕组端部绝缘水平[1-2]。随着分布式电源的快速发展，35kV及以下水电、光伏等新能源电站需通过110kV变压器上网，这种情况下发生雷电、接地短路和非全相动作等故障时110kV变压器中性点电压将如何变化，接带分布式电源的110kV变压器中性点接地方式该如何选择，研究这些问题对保障变压器安全、快速隔离电网故障具有重要意义。
2 变压器中性点过电压分析
电力系统过电压一般分为两大类：雷电过电压和内部过电压。顾名思义，雷电过电压是由雷电放电冲击所产生的过电压。内部过电压包含工频过电压、谐振过电压以及操作过电压。因此，电力系统过电压表现在中性点过电压的形式有：雷电过电压、不对称短路过电压、非全相过电压等。
2.1 变压器中性点绝缘标准
根据GB∕T1094.3-2017《电力变压器第3部分：绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》的规定，110kV级变压器中性点采用分级绝缘方式，包括44kV及60kV两个等级，目前大多变压器中性点为60kV绝缘绝缘等级。考虑实际情况、绝缘老化及工频电压的安全系数等，取雷电冲击耐压裕度系数为0.6，工频耐压裕度系数为0.85[3]，实际取各级绝缘耐压参考值见表1。
表 1 各级中性点绝缘耐压水平/耐压参考值
Tab. 1 Withstand voltage of neutral point insulation kV
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2.2 雷电冲击中性点过电压分析
当变压器采用Y接线，三相绕组将互相影响。当一相雷电来波时，波到达不接地中性点后由其他两绕组传出，相当于一个进波相绕组与两并联出波相绕组串联。当两相雷电来波时，波到达不接地中性点后由第三个绕组传出，相当于两个并联进波相绕组与出波相绕组串联。三相雷电来波时，可分别按三个末端不接地绕组分析。
一相雷电来波时绕组稳态电压为，
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绕组各点的最大电压为各次谐波在某点的起始值的绝对值与该点稳态电压值相加所得。经过分析，三相雷电来波时中性点电压最高，可以达到2Uf。在110kV系统中发生雷电三相雷电来波概率非常小，据统计每25年才有一次[4]。
2.3 单相接地中性点过电压分析
短路故障造成三相不对称运行时，将导致变压器中性点过电压。单相接地故障在所有故障中占比约为65%~70%，以单相接地为例，采用对称分量法分析变压器中性点电压。
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在中性点直接接地系统中，K一般不大于3，考虑K等于3和无穷大的情况，同时考虑110kV系统设备设计最高电压一般为126kV，单相接地情况下变压器中性点工频稳态和工频暂态最大电压分别为，
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从上可知，在中性有效接地系统中，不接地变压器中性点电压不会超出中性点绝缘水平。在中性点不接地系统中，单相接地情况下变压器中性点工频稳态电压将超出60kV绝缘等级的中性点端设备最高电压72.5kV，工频暂态电压降超出考虑0.85系数的60kV绝缘等级的1min工频耐压119kV。
2.3 开关非全相动作中性点过电压分析
当接带分布式电源主变的送电架空线路发生接地故障，线路重合后若有某相开关未动作，则将导致系统处于非全相运行，此时中性点未接地主变的中性点电压将升高。
假设开关B、C两相未动作，大电网和分布式电源分别以ω1和ω2的频率发生变化，线路A相两侧电压分别为
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ω1和ω2均接近工频频率，因此接近于工频频率，接近于0。因此中性点电压最大可为2倍的相电压，超出了不考虑系数的60kV绝缘等级的1min工频耐压119kV。
3 结论
通过分析可知，雷电冲击、单相接地、开关非全相动作均将造成不接地系统中的变压器中性点过电压。单相接地是电力系统中非常常见故障，如果接带分布式电源的变压器中性点不接地，那么当送电线路发生单相接地，变压器中性点电压将超出绝缘水平，如果中性点绝缘等级为44kV，则中性点绝缘将受到严重损坏。110kV系统开关均采用三相联动装置，开关非全相动作概率较小，雷电过电压也可通过避雷器进行防护。综上所述，建议接带分布式电源的变压器中性点采取直接接地方式。
上述讨论分析针对的都是具有转动惯量的分布式电源，如水电、垃圾发电等。对于光伏、风电等通过逆变装置上网的分布式电源，由于其基本不提供短路电流，并且配置了2s内的防孤岛保护装置，因此接带该类分布式电源的110kV变压器中性点可不接地。
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参 考 文 献
1.蒋 伟,吴广宁,张雪原,王万岗,王声学.单相短路对110kV和220kV变压器中性点绝缘的影响及其防护[J].变压器.2007.44(11):5-8.
2.曹亚旭,邵 鹏,景中炤等.变压器中性点运行方式分析[J].电力系统保护与控制.2010.38(5):115-118.
3.GB/T 19519-2004.标称电压高于1000V的交流架空线路用复合绝缘子—定义、试验方法及验收准则[S].北京:中国标准出版社,2004.
4.李福寿.电力系统过电压计算[M].北京:水利电力出版社,1995.