主变压器35 kV和6 kV中性点接地方式设计

胡宇

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西西安710001）

1 工程概况

1.1 概述

中国石油天然气股份有限公司兰州石化分公司是我国西部地区集炼油和石油化工为一体的大型国有企业，由于油品质量升级、化工园区扩能和机械加工等项目的增设，新增负荷40.4 MW，用电高峰总负荷将达到188 MW，现中1变电所将难以满足新增负荷的供电要求，需将中2变电所由35 kV升压为110 kV，由系统（兰州南变）提供两回110 kV线路供电，本次设计安装3台50 MV·A有载调压变压器,预留第4台主变的安装位置。

1.2 电气主接线

1）110 kV侧电气接线。110 kV侧采用单母线分段接线，2回电缆至兰州南变，1回电缆出线至中1变，4回变压器进线，1个母联单元，2个PT/BL单元。

安装3台三相三绕组自冷式有载调压电力变压器，容量为50 MV·A，电压等级110/38.5/6.3 kV，连接组别：YN.yn0.d11。

2）35 kV侧电气接线。35 kV侧采用单母线三分段接线，3回变压器进线，6回电缆出线，2个母联单元，3个PT/BL单元。

3）6 kV电气接线。6 kV侧采用单母线三分段接线，3回变压器进线，30回电缆出线，2个母联单元，3个PT/BL单元，3个无功补偿单元，3个站用变单元。

电气主接线见图1。

图1 中2变主接线图

2 35 kV和6 kV中性点接地方式选择

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620要求，为避免间歇性电弧接地过电压，3 ～10 kV电缆线路单相接地故障电流不大于30 A，35 kV电缆线路单相接地故障电流不大于10 A时，系统中性点采用不接地方式，中2变35 kV和6 kV系统单相接地电容电流均已超出规范要求的数值（计算见式1），必须采取措施避免间歇性电弧接地过电压。

目前中性点非直接接地方式可分为：经消弧线圈接地、经高电阻接地、经小电阻接地等方式，各种方式的特点如下：

2.1 消弧线圈接地

消弧线圈又称消弧电抗器或接地故障补偿装置，当系统发生单相接地故障时，消弧线圈产生的电感电流可以补偿相应的单相接地电容电流，使接地点电弧容易熄灭，防止弧光重燃，减少了间歇性电弧的产生，降低了电网绝缘闪络接地故障电流的建弧率，抑制了弧光过电压，避免长时间燃弧使单相故障发展为两相或多相故障，同时单相金属性接地故障时，健全相可以继续运行2 h，提高供电可靠性[1]。

据国内外相关机构研究，消弧线圈抑制过电压的效果与其脱谐度有着密切的关系，必须将脱谐度控制在±5%的范围内才能把弧光过电压限制在2.6倍相电压以下。为了消弧线圈保持在过补偿状态下运行，常常要求消弧线圈在谐振点附近的范围内运行，随着电网的发展和运行方式地变化，消弧线圈难以始终运行在最佳档位，有可能使残流得不到有效抑制而产生弧光接地过电压；消弧线圈导致接地电流的大小和方向发生改变，使小电流选线装置的灵敏度受到影响。

2.2 高电阻接地

高电阻接地方式以限制单相接地故障电流为目的，电阻阻值一般在数百 ～数千欧姆，采用高电阻接地可以消除大部分谐振过电压，对单相间歇弧光接地过电压具有一定限制作用，主要用于发电机回路。

缺点是系统绝缘水平要求较高。

2.3 低电阻接地

6 ～35 kV主要由电缆构成的配电系统，单相接地故障电容电流较大时，采用低电阻接地，电阻值一般在10 ～20 Ω，单相接地故障电流为100 ～1000 A，优点为快速切除故障，过电压水平低，可采用绝缘水平较低的电缆和设备；单相接地时，由于流过故障线路的电流较大，可以方便零序过流保护整定，迅速切除故障线路。

缺点是发生单相接地故障时，系统需瞬时跳闸，供电可靠性差；由于接地点的电流大，当零序保护动作不及时或拒动时，将可能导致相间短路发生。

由于兰州石化公司大多数负荷为一级或二级负荷，对供电可靠性要求较高，综合以上几种方式的优缺点，确定中2变电所35 kV和6 kV接地方式采用经消弧线圈接地，当系统发生单相接地故障后，可继续供电2 h，尽快消除故障，保障供电的连续性。

3 消弧线圈自动跟踪补偿装置的选择

传统的消弧线圈需要人工进行调谐，不仅会使电网短时失去补偿，而且不能有效地控制补偿后的单相接地故障电流，消弧线圈自动跟踪补偿装置能随电网运行方式的变化，及时、快速地调节消弧线圈，使失谐度始终处于规定的范围内，当系统发生单相接地时，在短时间内调节电感值，使接地点残流基波无功分量为零，避免了间歇性弧光接地过电压的产生。

自动跟踪补偿装置按改变电感方法的不同，大致分为调匝式、调气隙式、调容式、调直流偏磁式、可控硅调节式等[2]。各种不同的自动跟踪补偿消弧线圈有不同的特点。

1）调匝式：调节速度慢，消弧线圈工作在谐振点附近，为了避免出现过高的串联谐振过电压，需在消弧线圈上串联一个阻尼电阻，将谐振过电压限制在允许的范围内。优点制造工艺简单，成本低。

2）调气隙式：电抗器铁芯由静止芯和动芯组成，通过连续调整动静铁芯之间的气隙，改变磁通量实现无级连续调节电感值。缺点为噪声较大，运行过热。

3）调容式：调容式消弧线圈就是通过接入一定数量的电容器以抵消消弧线圈电感电流。由于感性电流和容性电流的相位相差180°，两者进行算术运算，因此，可通过对电容电流的开、合将消弧线圈二次侧的电容电流折算到一次侧去抵消电感电流，从而改变消弧线圈的电感补偿电流，不需加阻尼电阻。

4）调直流偏磁式和可控硅调节式：响应快，能自动消除单相接地故障，且输出电流可在0 ～100%额定电流间连续无级调节，残流小，结构简单，噪声低。

综合以上几种方式，经比较确定采用可控硅调节式自动跟踪装置。

4 消弧线圈容量

35 kV母线出线电缆总长度约6 km，电缆截面为240 mm2，6 kV每段母线出线电缆总长度约23 km，电缆截面为240 mm2，变电所增加的接地电容电流值35 kV按13%，6 kV按18%计取。

电容电流计算：

式中，Ic为接地电容电流有效值，A；C为电缆每相对地电容，μF/km；Uψ为相电压有效值，kV。

经计算，35 kV母线单相接地电容电流为25.1 A（规范要求不大于10 A），6 kV每段母线单相接地电容电流为51.36 A（规范要求不大于30 A）。

消弧线圈容量计算：

式中，W为消弧线圈容量，kV·A；Un为系统标称电压，kV。

计算出35 kV消弧线圈容量为684 kV·A，选用800 kV·A消弧线圈成套装置；6 kV消弧线圈容量为240 kV·A，由于6 kV为三角形接线，需经接地变引出，同时考虑所用负荷160 kV·A，故选用450 kV·A接地变与消弧线圈组合成套装置。

5 结语

兰州石化公司中2变电所35 kV和6 kV中性点接地设计中本着保证供电安全可靠，降低电能损耗的原则，同时借鉴行业内其他变电所的接地设计后，根据兰州石化公司具体情况，确定了采用配置自动跟踪补偿装置的消弧线圈成套设备限制弧光接地过电压。

[1] DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].

[2] 中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册[M].3版.北京：中国电力出版社，2005.