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【摘要】目前广东地区部分500kV变电站为抑制主变直流偏磁现象，在主变中性点处安装了电容隔直装置，但对于同时出现变压器直流偏磁和单相短路电流过大的变电站，还需加装中性点小电抗。本文以500kV曲江变电站为例，针对已安装电容隔直装置的情况，阐述了加装中性点小电抗一次设备的接线、选型及设备布置。
【关键词】小电抗电容隔直装置中性点
中图分类号： F407 文献标识码： A
0 引言
由于电网结构的加强，500kV变压器采用自耦变压器等原因，部分500kV变电站出现单相短路电流高于三相短路电流的现象，成为限制电网运行和发展的主要因素之一，需控制单相短路电流水平的增长。在广东省电力设计院编制的《500kV变电站主变中性点加装小电抗专题研究报告》的研究结果表明，500kV自耦变压器中性点采用小电抗接地对降低单相短路电路的效果明显，随着电力系统规模的扩大和系统短路电流的不断增大，采用中性点小电抗接地的方式来限制变电站的短路电流是很有必要的。
另外随着电力系统的完善，直流输电得到了快速发展，但同时也带来了变压器直流偏磁问题。目前已有五回直流输电系统落点的广东电网，由于地质条件的特殊性（多为花岗岩地质，大地直流电阻较大），这些直流输电系统初期的单极系统调试和后期的非正常运行所引起的大地回线方式导致交流系统中接地变压器的直流偏磁问题变得越来越严重，是国内变压器直流偏磁问题最严重的省份。针对变压器直流偏磁问题，广东省电力科学研究院研制的电容隔直装置对变压器直流偏磁的抑制效果明显，已成功应用于广东电网多个变电站。
目前，广东电网部分变电站同时出现单相短路电流过大和变压器直流偏磁的问题，需在主变中性点处同时加装小电抗和电容隔直装置。本文以韶关500kV曲江变电站为例，介绍了主变中性点同时安装电容隔直装置和小电抗在工程中的实际应用。
1 曲江变电站的现状
500kV曲江站是韶关电网的核心枢纽站，是韶关电网与省主网联系的主要节点，在韶关电网中具有举足轻重的作用。500kV曲江变电站现有主变2×750MVA，500kV出线6回分别为曲花甲线、曲花乙线、桥曲甲线、桥曲乙线、坪曲线、曲江-库湾线，500kV电气主接线为一个半断路器接线方式；220kV出线13回分别为曲翁甲线、曲马线、曲界甲线、曲通甲线、曲芙乙线、曲通乙线、曲芙甲线、曲朗甲线、韶曲乙线、韶曲甲线、曲朗乙线、曲界乙线、曲翁乙线，曲马II线预计2014年建成投产，220kV出线达到最终规模14回，220kV电气主接线为双母线双分段带旁路接线；35kV电气主接线为单母线接线；目前曲江站两台主变均已安装中性点电容隔直装置。
根据广东电网现状及“十二五”电网规划的初步成果，结合广东电网实际运行的情况和特点，在考虑系统安全稳定、潮流合理、可靠供电的原则前提下，在对广东220kV电网实施分区供电的前提条件下，确定广东适合安装小电抗的500kV站的类型有三种：
I类：单相短路电流超标，三相短路电流不超标且具有一定的裕度。
II类：单相短路电流与三相短路电流同时超标，220kV分母后部分或全部母线的单相短路电流超过三相短路电流且裕度不足，且在220kV母线分母后供电区存在N-1过载或送电受限等问题。
III类：单相短路电流与三相短路电流均不超标，但单相短路电流超过三相短路电流约5.0kA，且单相短路电流裕度不足，远景电网发展存在超标的可能。
对于第I类500kV站点，在实施分区供电后，单相短路电流明显超标，成为该站需分母运行的首要因素，应优先采取加装小电抗的措施。对于第II类500kV站点，由于三相和单相短路电流同时超标，无论是否增加小电抗，220kV侧均需分母运行，但分母后母线可能仍存在单相短路电流偏高的问题。对于此类站点，需结合现有电网和远景电网在分母条件下的潮流、稳定问题决定是否加装小电抗。对于第III类500kV站点，存在单相短路电流偏高，裕度不足的问题，需结合后几年电网和远景电网分析确定是否需要加装小电抗。
根据广东电网公司系统运行部《关于防大面积停电的技改急需项目工程联系单》要求，结合500kV曲江站目前短路电流水平的分析结果，500kV曲江站属于III类情况，为使单相短路电流有足够裕度，为今后韶关电网发展创造条件，需在500kV曲江站加装中性点小电抗。
2设备选型
2.1设备绝缘水平
根据DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，500kV变压器的绝缘水平为：
系统标称电压kV 系统最高电压kV 中性点接地方式 雷电全波和截波耐受电
压 短时工频耐受电压(有效值)
kV 相应的绝缘等级
kV
500 550 直接接地 185 85 35
经接地电抗器接地 325 140 66
曲江变电站现有两台变压器中性点相关设备的绝缘水平相同，具体见下表：
雷电冲击全波 一分钟工频耐压
中性点套管 350kV(峰值) 140kV(有效值)
支柱絕缘子 325kV(峰值) 170kV(有效值，干试)， 150kV(有效值，湿试)，
可见原有设备（包括变压器中性点和支柱绝缘子）绝缘水平满足规范要求，新建设备绝缘水平也按照上述要求，即选用66kV绝缘等级的设备。
2.2小电抗参数选择
根据系统专业分析，主变中性点加装小电抗对限制曲江站220kV母线单相短路电流效果明显，但随着小电抗阻抗值的增加，单相短路电流下降幅度明显趋缓。综合经济和技术方面分析，曲江站两台主变中性点均加装10Ω的小电抗。
按照《220～500kV变电所设计技术规程》(DL/T5218-2005)和《导体和电器选择设计技术规定》(DL/T5222-2005)进行设备选择，电抗器选用空心电抗器。
（1）热稳定
小电抗热稳定时间与变压器一致，取2s。
.系统专业提供的短路电流计算结果如下：
表2 曲江站不同接地方式下短路电流计算结果
单位：kA
名称 变压器均直接接地运行 变压器均接10欧小电抗运行
220kV母线单相短路电流Imax 46.26 41.36
每台变压器中性点入地电流In 10.62 5.46
Imax-∑In 25.02 30.43
计算水平年：2020年。
由上表可知最大稳态电流5.46kA，可选2s热稳定电流6kA。
（2）额定电流及容量
小电抗的热稳定电流需满足各种运行方式下的要求，即按3I0选取，热稳定时间2s。
变压器中性点的长期工作电流为变压器的三相不平衡电流，一般只有几安培。小电抗的额定电流参照变压器，即热稳定电流为长期额定电流的25倍（《电力变压器 第五部分承受短路的能力（GB1094.5-1985）》）选取小电抗的长期工作电流。计算结果如下：
额定电流：I=5.46kA÷25=218.4A，可取整I=220A
额定容量：S=I2R=(220A)2×10Ω=484kVA，可取整S=500kVA。
2.3避雷器的选择
避雷器按66kV绝缘水平选取，额定电压为72kV，雷电冲击残压为186kV，型号为Y1.5W-72/186。
3电气接线
曲江站两台主变前期工程已安装电容隔直装置，原有接线如下图3（a）：
3（a）原有接线图
结合目前曲江站两台主变中性点均已安装中性点电容隔直装置的现状，本期为曲江站加装中性点小电抗设计了两种接线方案。
3.1 电气接线方案一
如图3（b）所示,更换前期工程35kV隔离开关为110kV单极隔离开关，小电抗与电容隔直装置以串接的形式接入。根据前文中的设备绝缘水平分析可知，加装中性点小电抗后，中性点设备绝缘等级应选取66kV（原主变中性点设备是按10kV绝缘等级选取的），原有接线中连接中性点的10kV电缆已不能满足绝缘要求，因此取消中性点到隔离开关的10kV电缆，改用钢芯铝绞线直接与中性点小母线连接。
正常运行时，刀闸K2闭合，接地刀闸K1打开，小电抗和电容隔直装置均投入运行；小电抗或电容隔直装置检修时，刀闸K2打开，接地刀闸K1闭合。这种接线方式简单可靠，但是小电抗和电容隔直装置相互不独立，无法分开检修。
3（b）电气接线方案一
3.2 电气接线方案二
如图3（c）所示,将电抗器直接与中性点连接，并在小电抗两端装设旁路刀闸K3。根据《电抗器GB10229-88》14.2 中性点接地电抗器的绝缘要求与电抗器所连接的系统的中性点绝缘水平相一致，接地端选择降低绝缘水平为宜；本方案原有35kV隔离开关侧属于接地端，绝缘水平满足要求，本期无需更换。因此本方案可以不改变原有设备接线方式，只需将新增设备串接在原有设备前端。
正常运行时，小电抗旁路刀闸K3打开，刀闸K2闭合，接地刀闸K1打开，小电抗和电容隔直装置均投入运行；小电抗故障或者检修时，闭合旁路刀闸K3，小电抗退出运行，且不影响电容隔直装置的正常工作；电容隔直装置故障检修时，接地刀闸K1闭合，刀闸K2打开，电容隔直装置退出运行，同样对小电抗没有影响。
3（c）电气接线方案二
3.3 方案推荐
综合比较两个接线方案，方案一虽然接线简单，但是运行方式单一，小电抗和电容隔直装置无法单独运行；方案二更具灵活性，检修维护过程中小电抗和电容隔直装置互不影响，可各自单独运行；因此推荐电气接线方案二。
4配电装置布置
原曲江站主变中性点已安装电容隔直装置，电容隔直装置与接地刀闸K1、隔离刀闸K2布置在主变A相右侧，中性点通过10kV电缆引致K1刀闸处；详见图4（a）。
4（a）原主变中性点配电装置布置图
结合曲江站中性点设备现状，根据电气接线方案二拟定配电装置布置方案：
加入小电抗以后，中性点侧的绝缘等级要求达到66kV，原有主变中性点至K1刀闸的10kV电缆已无法满足绝缘水平要求。若仍采用电缆连接，则需要选取110kV电力电缆。这会大大增加施工难度，增加工程造价，影响变电站美观，不利于检修维护。因此本方案选用钢芯铝绞线直接与中性点小母线连接。
如图4（a）中所示，原中性点小母线的末端离刀闸K1距离较远，并未跨过主变压器A相油池。因此本期工程需延长中性点小母线，如图4（b）所示。新增避雷器通过钢芯铝绞线直接T接到延长部分的中性点小母线上，之后再与旁路刀闸K3连接。详见图4（b）。
4（b）主变中性点配电装置布置图（加装小电抗后）
5结语
500kV曲江变电站中性点加装小电抗后可有效限制220kV母线单相短路电流，增强韶关电网安全防御能力，对加强韶关地区供电可靠性，进一步完善电网建设有重要意义。
中性点小电抗及电容隔直装置均是220kV以上的变电站方能应用到的设备，在粤北地区的电网中并不常见，在工程设计中并无先例可供参考。随着国民经济的发展，用电负荷的增加，越来越多高电压等级的变电站落户粤北，以后也会有更多变电站面临相同问题。本文通过对500kV曲江站中性点加装小电抗设备选型、电气接线及布置方案的研究，為粤北地区未来更多的500kV变电站改造提供了有益思路，体现了电网建设与社会的和谐发展。
参考文献
[1] 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T 620—1997)
[2] 《220～500kV变电所设计技术规程》(DL/T5218-2005)
[3] 《导体和电器选择设计技术规定》(DL/T5222-2005)
[4] 《电抗器》(GB10229-88)
[5] 广东电网公司电力科学研究院，广东省电力设计研究院，500kV变电站主变中性点加装小电抗和电容隔直装置方案. 2011
[6] 广东省电力设计院，500kV变电站主变中性点加装小电抗专题研究报告（审定版）X5751K3-A01. 2009.
【关键词】小电抗电容隔直装置中性点
中图分类号： F407 文献标识码： A
0 引言
由于电网结构的加强，500kV变压器采用自耦变压器等原因，部分500kV变电站出现单相短路电流高于三相短路电流的现象，成为限制电网运行和发展的主要因素之一，需控制单相短路电流水平的增长。在广东省电力设计院编制的《500kV变电站主变中性点加装小电抗专题研究报告》的研究结果表明，500kV自耦变压器中性点采用小电抗接地对降低单相短路电路的效果明显，随着电力系统规模的扩大和系统短路电流的不断增大，采用中性点小电抗接地的方式来限制变电站的短路电流是很有必要的。
另外随着电力系统的完善，直流输电得到了快速发展，但同时也带来了变压器直流偏磁问题。目前已有五回直流输电系统落点的广东电网，由于地质条件的特殊性（多为花岗岩地质，大地直流电阻较大），这些直流输电系统初期的单极系统调试和后期的非正常运行所引起的大地回线方式导致交流系统中接地变压器的直流偏磁问题变得越来越严重，是国内变压器直流偏磁问题最严重的省份。针对变压器直流偏磁问题，广东省电力科学研究院研制的电容隔直装置对变压器直流偏磁的抑制效果明显，已成功应用于广东电网多个变电站。
目前，广东电网部分变电站同时出现单相短路电流过大和变压器直流偏磁的问题，需在主变中性点处同时加装小电抗和电容隔直装置。本文以韶关500kV曲江变电站为例，介绍了主变中性点同时安装电容隔直装置和小电抗在工程中的实际应用。
1 曲江变电站的现状
500kV曲江站是韶关电网的核心枢纽站，是韶关电网与省主网联系的主要节点，在韶关电网中具有举足轻重的作用。500kV曲江变电站现有主变2×750MVA，500kV出线6回分别为曲花甲线、曲花乙线、桥曲甲线、桥曲乙线、坪曲线、曲江-库湾线，500kV电气主接线为一个半断路器接线方式；220kV出线13回分别为曲翁甲线、曲马线、曲界甲线、曲通甲线、曲芙乙线、曲通乙线、曲芙甲线、曲朗甲线、韶曲乙线、韶曲甲线、曲朗乙线、曲界乙线、曲翁乙线，曲马II线预计2014年建成投产，220kV出线达到最终规模14回，220kV电气主接线为双母线双分段带旁路接线；35kV电气主接线为单母线接线；目前曲江站两台主变均已安装中性点电容隔直装置。
根据广东电网现状及“十二五”电网规划的初步成果，结合广东电网实际运行的情况和特点，在考虑系统安全稳定、潮流合理、可靠供电的原则前提下，在对广东220kV电网实施分区供电的前提条件下，确定广东适合安装小电抗的500kV站的类型有三种：
I类：单相短路电流超标，三相短路电流不超标且具有一定的裕度。
II类：单相短路电流与三相短路电流同时超标，220kV分母后部分或全部母线的单相短路电流超过三相短路电流且裕度不足，且在220kV母线分母后供电区存在N-1过载或送电受限等问题。
III类：单相短路电流与三相短路电流均不超标，但单相短路电流超过三相短路电流约5.0kA，且单相短路电流裕度不足，远景电网发展存在超标的可能。
对于第I类500kV站点，在实施分区供电后，单相短路电流明显超标，成为该站需分母运行的首要因素，应优先采取加装小电抗的措施。对于第II类500kV站点，由于三相和单相短路电流同时超标，无论是否增加小电抗，220kV侧均需分母运行，但分母后母线可能仍存在单相短路电流偏高的问题。对于此类站点，需结合现有电网和远景电网在分母条件下的潮流、稳定问题决定是否加装小电抗。对于第III类500kV站点，存在单相短路电流偏高，裕度不足的问题，需结合后几年电网和远景电网分析确定是否需要加装小电抗。
根据广东电网公司系统运行部《关于防大面积停电的技改急需项目工程联系单》要求，结合500kV曲江站目前短路电流水平的分析结果，500kV曲江站属于III类情况，为使单相短路电流有足够裕度，为今后韶关电网发展创造条件，需在500kV曲江站加装中性点小电抗。
2设备选型
2.1设备绝缘水平
根据DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》，500kV变压器的绝缘水平为：
系统标称电压kV 系统最高电压kV 中性点接地方式 雷电全波和截波耐受电
压 短时工频耐受电压(有效值)
kV 相应的绝缘等级
kV
500 550 直接接地 185 85 35
经接地电抗器接地 325 140 66
曲江变电站现有两台变压器中性点相关设备的绝缘水平相同，具体见下表：
雷电冲击全波 一分钟工频耐压
中性点套管 350kV(峰值) 140kV(有效值)
支柱絕缘子 325kV(峰值) 170kV(有效值，干试)， 150kV(有效值，湿试)，
可见原有设备（包括变压器中性点和支柱绝缘子）绝缘水平满足规范要求，新建设备绝缘水平也按照上述要求，即选用66kV绝缘等级的设备。
2.2小电抗参数选择
根据系统专业分析，主变中性点加装小电抗对限制曲江站220kV母线单相短路电流效果明显，但随着小电抗阻抗值的增加，单相短路电流下降幅度明显趋缓。综合经济和技术方面分析，曲江站两台主变中性点均加装10Ω的小电抗。
按照《220～500kV变电所设计技术规程》(DL/T5218-2005)和《导体和电器选择设计技术规定》(DL/T5222-2005)进行设备选择，电抗器选用空心电抗器。
（1）热稳定
小电抗热稳定时间与变压器一致，取2s。
.系统专业提供的短路电流计算结果如下：
表2 曲江站不同接地方式下短路电流计算结果
单位：kA
名称 变压器均直接接地运行 变压器均接10欧小电抗运行
220kV母线单相短路电流Imax 46.26 41.36
每台变压器中性点入地电流In 10.62 5.46
Imax-∑In 25.02 30.43
计算水平年：2020年。
由上表可知最大稳态电流5.46kA，可选2s热稳定电流6kA。
（2）额定电流及容量
小电抗的热稳定电流需满足各种运行方式下的要求，即按3I0选取，热稳定时间2s。
变压器中性点的长期工作电流为变压器的三相不平衡电流，一般只有几安培。小电抗的额定电流参照变压器，即热稳定电流为长期额定电流的25倍（《电力变压器 第五部分承受短路的能力（GB1094.5-1985）》）选取小电抗的长期工作电流。计算结果如下：
额定电流：I=5.46kA÷25=218.4A，可取整I=220A
额定容量：S=I2R=(220A)2×10Ω=484kVA，可取整S=500kVA。
2.3避雷器的选择
避雷器按66kV绝缘水平选取，额定电压为72kV，雷电冲击残压为186kV，型号为Y1.5W-72/186。
3电气接线
曲江站两台主变前期工程已安装电容隔直装置，原有接线如下图3（a）：
3（a）原有接线图
结合目前曲江站两台主变中性点均已安装中性点电容隔直装置的现状，本期为曲江站加装中性点小电抗设计了两种接线方案。
3.1 电气接线方案一
如图3（b）所示,更换前期工程35kV隔离开关为110kV单极隔离开关，小电抗与电容隔直装置以串接的形式接入。根据前文中的设备绝缘水平分析可知，加装中性点小电抗后，中性点设备绝缘等级应选取66kV（原主变中性点设备是按10kV绝缘等级选取的），原有接线中连接中性点的10kV电缆已不能满足绝缘要求，因此取消中性点到隔离开关的10kV电缆，改用钢芯铝绞线直接与中性点小母线连接。
正常运行时，刀闸K2闭合，接地刀闸K1打开，小电抗和电容隔直装置均投入运行；小电抗或电容隔直装置检修时，刀闸K2打开，接地刀闸K1闭合。这种接线方式简单可靠，但是小电抗和电容隔直装置相互不独立，无法分开检修。
3（b）电气接线方案一
3.2 电气接线方案二
如图3（c）所示,将电抗器直接与中性点连接，并在小电抗两端装设旁路刀闸K3。根据《电抗器GB10229-88》14.2 中性点接地电抗器的绝缘要求与电抗器所连接的系统的中性点绝缘水平相一致，接地端选择降低绝缘水平为宜；本方案原有35kV隔离开关侧属于接地端，绝缘水平满足要求，本期无需更换。因此本方案可以不改变原有设备接线方式，只需将新增设备串接在原有设备前端。
正常运行时，小电抗旁路刀闸K3打开，刀闸K2闭合，接地刀闸K1打开，小电抗和电容隔直装置均投入运行；小电抗故障或者检修时，闭合旁路刀闸K3，小电抗退出运行，且不影响电容隔直装置的正常工作；电容隔直装置故障检修时，接地刀闸K1闭合，刀闸K2打开，电容隔直装置退出运行，同样对小电抗没有影响。
3（c）电气接线方案二
3.3 方案推荐
综合比较两个接线方案，方案一虽然接线简单，但是运行方式单一，小电抗和电容隔直装置无法单独运行；方案二更具灵活性，检修维护过程中小电抗和电容隔直装置互不影响，可各自单独运行；因此推荐电气接线方案二。
4配电装置布置
原曲江站主变中性点已安装电容隔直装置，电容隔直装置与接地刀闸K1、隔离刀闸K2布置在主变A相右侧，中性点通过10kV电缆引致K1刀闸处；详见图4（a）。
4（a）原主变中性点配电装置布置图
结合曲江站中性点设备现状，根据电气接线方案二拟定配电装置布置方案：
加入小电抗以后，中性点侧的绝缘等级要求达到66kV，原有主变中性点至K1刀闸的10kV电缆已无法满足绝缘水平要求。若仍采用电缆连接，则需要选取110kV电力电缆。这会大大增加施工难度，增加工程造价，影响变电站美观，不利于检修维护。因此本方案选用钢芯铝绞线直接与中性点小母线连接。
如图4（a）中所示，原中性点小母线的末端离刀闸K1距离较远，并未跨过主变压器A相油池。因此本期工程需延长中性点小母线，如图4（b）所示。新增避雷器通过钢芯铝绞线直接T接到延长部分的中性点小母线上，之后再与旁路刀闸K3连接。详见图4（b）。
4（b）主变中性点配电装置布置图（加装小电抗后）
5结语
500kV曲江变电站中性点加装小电抗后可有效限制220kV母线单相短路电流，增强韶关电网安全防御能力，对加强韶关地区供电可靠性，进一步完善电网建设有重要意义。
中性点小电抗及电容隔直装置均是220kV以上的变电站方能应用到的设备，在粤北地区的电网中并不常见，在工程设计中并无先例可供参考。随着国民经济的发展，用电负荷的增加，越来越多高电压等级的变电站落户粤北，以后也会有更多变电站面临相同问题。本文通过对500kV曲江站中性点加装小电抗设备选型、电气接线及布置方案的研究，為粤北地区未来更多的500kV变电站改造提供了有益思路，体现了电网建设与社会的和谐发展。
参考文献
[1] 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T 620—1997)
[2] 《220～500kV变电所设计技术规程》(DL/T5218-2005)
[3] 《导体和电器选择设计技术规定》(DL/T5222-2005)
[4] 《电抗器》(GB10229-88)
[5] 广东电网公司电力科学研究院，广东省电力设计研究院，500kV变电站主变中性点加装小电抗和电容隔直装置方案. 2011
[6] 广东省电力设计院，500kV变电站主变中性点加装小电抗专题研究报告（审定版）X5751K3-A01. 2009.