非线性接地电阻下电网接地变压器容量预测方法

薛雨辰

【关键词】非线性接地电阻;变压器;容量

目前我国在6kV～35kV系统中越来越多采用非線性接地电阻接地系统，此种方式的优点在于能够在高阻和低阻之间转换，兼顾了供电连续性和单相接地时的保护选线问题。以往35kV变压器通常采用Yd11接线方式，尽管此种接地方式可以满足变压器的运行需求，但没有一个可供电阻连接的中性点。为了解决此种问题，采用设置一台接地变压器作为一个人工接地连线点的方式，为了节省投资，此接地变压器兼做低压配电变压器[1]。变压器不仅需要在系统发生接地故障时满足非线性电阻所需容量，并需要满足低压负载的容量。由于电网低压用户负载变化大，为了提高变压器运行的稳定性，并对变压器负载进行预测，掌握变压器在运行中的实际需求，本文将在相关研究成果的基础上，结合非线性接地电阻的接线方式，对接地变压器容量预测方法展开设计研究，以期通过此种方式，选择合适容量的接地变压器。

一、非线性接地电阻下电网接地变压器容量预测方法设计

（一）描述非线性接地电阻下电网接地变压器运行特点

为了实现对接地变压器容量的精准预测，本章将在非线性接地电阻运行状态下，对电网接地变压器运行特点进行描述[2]62。通常情况下，非线性电阻接地下，当接地故障时，中性位移电压计算如下。

公式（1）中：UN表示变压器的中性位移电压;Uф表示电网在常规运行条件下的不对称性;d表示中性位移距离;表示相位电压值。上述计算公式中，p可以用如下公式表示。

公式（2）中：CA、CB和CC分别表示相对接地电阻的总电容数值。根据上述公式（2）计算得出电网在常规运行条件下的不对称性参数，并将其带入公式（1）中，实现对中性位移电压的数值计算。

通常情况下，在供电企业电网环境中，不对称度是十分小的。因此，本文在对上述公式计算时，结合架空线路的特点得出其不对称度通常在1.5%～2.5%范围以内，而电缆线路当中的不对称度会与之相比更小。通过上述公式分析可以得出，变压器的中性位移电压与电网的不对称性以及电网阻尼率都存在一定联系，因此通过对上述两种参数的变化表现，为非线性接地电阻下电网接地变压器运行特点。

非线性电阻接地系统发生故障时，则接地变的中性点电压高于非线性电阻的起始动作电压，则非线性电阻工作可以在可变电阻区限制暂态过程和过电压的发展。当中性点电压低于非线性电阻的起始动作电压值时，系统转入正常工作运行状态。如中性点电压高于非线性电阻的起始动作电压，此时电阻由高阻转为低阻，保护动作。

（二）预测电网接地变压器容量负载

对非线性接地电阻下电网接地变压器容量负载进行预测，本文采用应用单位指标法确定计算负载，其计算公式为：

公式（3）中，Pei表示区域范围内单位用电指标，由于不同区域的用电水平差异较大，因此在实际预测过程中需要根据当地实际情况Pei对数值进行选择;Ni表示单位区域内用电用户数量。利用上述公式（3）计算得出变压器容量负载结果，将其与同时系数相乘，得到实际最大负载。再按照单位面积法对负载进行计算，并在规定的面积区域范围内得出，随着面积的增加，其负载密度呈现出逐渐减小的趋势，通过如下公式对其进行描述：

公式（4）中，PM表示最大负载;Ped表示单位面积内变压器容量负载;s表示预测电网接地变压器容量负载的实际范围;y表示同时系数，以此根据上述公式，在明确预测区域面积以及单位面积内变压器容量负载容量。

如果接地变压器用于常规的低阻，考虑到低阻接地系统在发生接地故障时，系统将在小于1s～2s的时间内动作跳闸[2]63。IEEE-C62.92.3标准规定变压器10s的允许过载系数为额定容量的10.5倍，接地变压器的容量只需选择电阻工作容量的1/10.5即可。当采用非线性电阻时，接地电阻由高阻向低阻转换，此时需考虑非线性电阻电流的载荷率以及高阻情况下的变压器过载倍数。

如某变电站3 5 k V 系统采用非线性电阻接地系统， 中性点电压高于非线性电阻的起始动作电压，当发生金属性接地时，通过接地变压器中性点的瞬时电流如为40 0A，则该接地变压器的短时容量应为：S=√3×37×400/3=8544kVA，根据变压器2h的允许过载系数为额定容量的1.4倍，非线性电阻电流的载荷率12.5%，此时接地变压器容量为12.5%*8544/1.4=762kVA，选择大的最近一挡的800kVA标准容量。

如果接地变压器兼作配电变压器，则变压器容量应为接地电阻容量与配电容量之和，容量按下式选择：

K1过载系数，K2 为非线性电阻电流的载荷率

二、实验论证分析

为研究本文提出的预测方法是否能够得到更加准确的预测结果，将该方法与现行单位指标法预测方法同时应用到相同实验环境当中，完成如下对比实验。选择以某区域站范围内覆盖的电网作为实验环境，将其区域范围内的接地变压器作为实验研究对象，采用非线性接地电阻接地的方式，分别按照上述公式完成预测，并按单位指标法完成传统预测，将两种方法得出的结果进行比较，为更直观对比两种预测结果，将其绘制成如表1所示的实验结果对比表[3]。

由表1中的结果可以看出，本文方法得出的结果与实际接地变的负载容量相差较小，而当前电力企业常用的单位指标法预测得出的结果与实际负载容量相差较大。其主要原因在于以往单位指标法在对变压器负载容量预测过程中融入了大量非客观因素，仅能够凭借预测人员的主观经验对其进行预测，因此得出的结果可靠性较低。

三、结束语

本文针对非线性接地电阻下电网接地变压器的运行状态进行研究，并提出非线性电阻接地方式下接地变压器容量进行预测的方法。实验证明将该方法应用于实际能够有效估算接地变压器的容量，可以在其发生故障之前对其进行控制，以使其稳定地运行。同时，本文提出的预测方法仅需要通过获取电网综合自动化记录的相关数据，便可实现十分精准的预测，因此实际实施过程中更加方便，应用性更强，有着更大的经济效益和社会效益。