随着内蒙古电网超高压系统容量的不断增加， 系统的单相接地短路电流不断增大，而目前电网侧 500 kV主变压器均为自耦变压器，降压型自耦变压 器中压侧电抗通常为零或接近零，从而导致220 kV 侧单相短路电流问题日益突出。内蒙古电网500 kV主变压器中性点全部采用直接接地的方式，系统 的零序电抗减小，导致220 kV单相短路电流超过三 相短路电流，甚至接近断路器的额定开断电流，影 响电网安全稳定运行。其中，吉兰太500 kV变电站 问题最为突出，该站220 kV母线三相短路电流值为41.261 kA，而单相接地短路电流值为48.733 kA，接 近220 kV开关额定开断电流50 kA。经计算分析， 一种比较有效的解决办法是主变压器经小电抗接 地。对此，提出在500 kV自耦变压器的中性点安装 小电抗的方案。该方案对电网运行结构影响小、易 于推广，且可避免大量更换设备造成的浪费，具有 良好的经济效益。

本文重点分析吉兰太500 kV变电站主变压器 经不同数值小电抗接地时对220 kV电网单相接地 短路电流的影响，并最终确定小电抗参数。

截至2013年7月，大乌海电网已投运发电厂12 座，总装机容量6450 MW；500 kV变电站3座，即吉 兰太、千里山、乌海变电站，总容量4500 MVA；220 kV变电站31座，总容量11530 MVA。大乌海供电 区2013年电网结构见图 1所示。

图1(Figure 1)

图1 大乌海供电区2013年电网结构

2013年冬季内蒙古电网母线短路电流测量值 见表 1。

表 1(Table 1)

表 1 2013年冬季内蒙古电网母线短路电流

表 1 2013年冬季内蒙古电网母线短路电流

吉兰太500 kV变电站主变压器型号为ODFP⁃ SZ-250000/500，额定容量为250 MVA/250 MVA/80 MVA，电压组合（525/）kV/（230/±8×1.25%） kV/36 kV，阻抗电压百分值U_{k（ Ⅰ-Ⅱ ）}% =13.73；U_{k（Ⅰ-Ⅲ）}%=46.27；U_{k（Ⅱ-Ⅲ）}%=28.79。

计算水平年为2013年冬季，采用中国电力科学 研究院科院SCCPC短路电流计算程序（1.2.1版），短 路电流计算不基于潮流，引入电压系数1.1，即计算 220 kV短路时电压取值242 kV，500 kV短路时电压 取值550 kV。

对于中性点经电抗接地的YN，yn，d接线的三 绕组自耦变压器，利用公式（1）—（3）可以求出折算 至高压侧（本工程为525 kV）的变压器三侧零序等 值电抗有名值^[1]。

x_n —中性点小电抗有名值；

U_ⅠN 、U_ⅡN —变压器高、中侧额定电 压有名值。

由公式（1）—（3）可知，中性点经电抗接 地的自耦变压器与普通变压器不同，其零序 等值电路中，包括三角形在内的各侧等值电 抗，均包含有与中性点接地电抗有关的附加 项，而普通变压器则仅在中性点电抗接入侧 增加附加项。

吉兰太变电站500 kV、220 kV母线短路电流计 算结果见表 2。220 kV母线单相接地主变压器中性 点电流、电压计算结果见表 3。

表 2(Table 2)

表 2 吉兰太变电站500 kV、220 kV母线短路电流计算值

表 2 吉兰太变电站500 kV、220 kV母线短路电流计算值

表 3(Table 3)

表 3 吉兰太变电站220 kV母线单相接地主变压器 中性点电流、电压计算结果

表 3 吉兰太变电站220 kV母线单相接地主变压器 中性点电流、电压计算结果

吉兰太变电站500 kV、220 kV母线单相接地短 路电流与中性点小电抗关系见图 2、图 3。3台主变 压器同时经小电抗接地时，220 kV母线单相接地时 主变压器中性点电流、电压与中性点小电抗关系见 图 4。

图 2(Figure 2)

图 2 吉兰太变电站500 kV母线单相接地短路电流 与中性点小电抗的关系

图 3(Figure 3)

图 3 吉兰太变电站220 kV母线单相接地短路电流 与中性点小电抗的关系

图 4(Figure 4)

图 4 吉兰太变电站220 kV母线单相接地时主变中性点 电流、电压与中性点小电抗的关系

由表 2、表 3及图 2、图 3、图 4得出以下结论：

（1） 主变压器经小电抗接地不会影响三相短 路电流值；

（2） 3组主变压器同时经小电抗接地对于降低 220 kV母线单相接地短路电流效果更明显；

（3） 主变压器经小电抗接地对500 kV母线单 相接地短路电流影响很小；

（4） 主变压器经小电抗接地对220 kV母线单 相接地短路电流影响较大，但是随着小电抗数值增 大，220 kV母线单相接地短路电流下降幅度很小。 小电抗数值由0增加到15 Ω时，单相接地短路电流 值从48.733 kA降为43.032 kA，降低5.701 kA；小电 抗数值由15增加到30 Ω时，单相接地短路电流值从值由30 增加到50 Ω时，单相接地短路电流值从 41.788 kA降为41.124 kA，降低0.664 kA。

图 5为主变压器经不同小电抗接地时，220 kV （500 kV）母线发生单相接地时其短路点综合零序电 抗变化趋势。可以看出，500 kV综合零序电抗基本无 变化，而220 kV综合零序电抗变化较大。

图 5(Figure 5)

图 5 220 kV、500 kV母线单相接地零序等值电抗 与中性点小电抗关系（3组主变同时经小电抗接地）

经过以上分析比较，推荐吉兰太每组主变压器 经15 Ω小电抗接地。从表 2可以看出，3组主变压 器同时经15 Ω小电抗接地后，220 kV母线单相接地 短路电流为43.032 kA。

经分析计算可知，3组主变压器同时经15 Ω小 电抗接地后，220 kV 母线单相接地短路电流为 43.032 kA；流过小电抗中性点电流最大值为2.6296 kA，中性点小电抗的稳态电压为39.444 kV（3台小 电抗同时运行，发生220 kV母线两相接地短路时）， 根据上述结果，选取小电抗具体参数如下。

小电抗绝缘水平依据主变压器中性点绝缘水 平确定，并满足绝缘配合要求。电抗采用干式空芯 电抗器。

吉兰太变电站500 kV主变压器中性点端子绝 缘水平（LI/AC）为：325/140 kV。表 4为500 kV变压 器中性点绝缘水平要求。

表 4(Table 4)

表 4 500 kV变压器中性点绝缘水平要求[2]

表 4 500 kV变压器中性点绝缘水平要求[2]

由上所知，中性点小电抗的最大稳态电压为 39.444 kV，小于短时工频耐受电压140 kV，满足中 性点绝缘水平要求。

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2 s。

通过计算可知，主变压器中性点经15 Ω小电抗 接地后，发生220 kV母线两相短路接地故障，流经 小电抗的短路电流最大值为2.6296 kA。因此，小电 抗热稳定电流选择3 kA（热稳定时间2 s），动稳定电 流选择8.5 kA。

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A。小电抗的额定电流 值应按照变压器热稳定电流为长期额定电流的25 倍原则^[3]选取。

已知小电抗热稳定电流为3 kA，即可算出小电 抗的额定电流，主变压器小电抗额定电流I_e=3000/ 25=120 A。小电抗最小容量S=I_e²X_n=216 kVA。

根据上述结果，考虑未来电网发展所需裕度， 选取小电抗具体参数如下：型号为ZJKK-240-15， 额定电压66 kV；额定电流240 A；额定电抗15 Ω；额 定短时电流9 kA（10 s）。

吉兰太变电站500 kV主变压器中性点经小电 抗接地电气接线见图 6。

图 6(Figure 6)

图 6 吉兰太变电站500 kV主变压器中性点 经小电抗接地电气接线图

本文以吉兰太500 kV变电站为例，进行了内蒙 古电网500 kV 小电抗降低220 kV侧单相接地短路 电流的应用研究，认为500 kV自耦变压器中性点 加装小电抗是降低500 kV变电站220 kV侧单相接 地短路电流的有效措施。随着内蒙古500 kV电网 的快速发展，500 kV变电站220 kV侧单相接地短路 电流逼近或超过开关额定开断电流的问题将日益 突出，建议在500 kV变电站规划设计中提前预留小 电抗接入位置，以满足电源接入和电网安全运行的 需要。