变压器中性点运行方式对线路保护的影响

变压器中性点直流电流影响及抑制措施陈贤（广东惠州天然气发电有限公司，广东惠州516082）摘要：本文主要针对变压器中性点中直流电流的影响作出研究与分析，并介绍了几种抑制措施。

关键词：变压器；中性点；直流电流；影响；措施前言：随着我国电力行业的迅速发展，大容量、长距离的高压直流输电成为解决现代电力需求矛盾的主要办法。

在直流电双极不平衡方式或者单级大地回路方式运行时，大地中流过的巨大直流电流会对附近的交流系统产生影响,特别是会对接地极附近中性点直接接地变压器产生比较严重的直流偏磁,这不仅增加了变压器的无功消耗,影响变压器的正常运行,引起继电保护误动,而且引起的谐波大幅升高也会对其他电气设备产生较大影响,从而直接影响到变电站、发电厂的安全运行[1]。

因此,由直流电流引起的变压器直流偏磁成为电力系统急需研究解决的问题。

一、变压器中性点直流电流的形成与影响在我国高压直流输电的几乎都是双极中性点单端接地方式的系统。

虽然正常运行时两极电流相等，地回路中的电流为零，但是只要是运行过程中两极的电流不相等，接地极都会有电流流过，在直流输电线路和大地间形成回路。

在我国，110kV 及以上电压等级系统中性点采取直接接地。

如果出于不同地点的变电站的中性点电位被不同程度的抬高，则直流电流将通过大地和交流线路，由一个变压器中性点流入，在另一个变压器中性点流出[2]。

其中流经两台中性点接地的变压器的直流电流分量，取决于两台变压器所在点的电位，变电站接地电阻、变压器绕组直流电阻和线路的直流电阻等因素，当流过变压器每相绕组的直流电流增大达到一定程度时，必然会引起铁心磁饱和，从而导致励磁电流波形发生畸变，从而引起变压器发生直流偏磁。

我国许多直流输电接地极额定电流高达3KA ，必然影响极址周边中性点接地变压器的正常工作。

图1直流偏磁对励磁电流的影响变压器中性点流入直流电流时，产生直流偏磁的励磁特性曲线和输出电流变化情况如图1所示。

图1（a ）所示为铁芯磁通曲线，图1（b ）为变压器磁化曲线，图1（c ）为励磁电流曲线。

1.1 变压器中性点接地系统的优缺点：（1）优点：对电源中性点接地系统，若发生某单相接地，另两相电压不升高，这样可使整个系统绝缘水平降低；另外，单相接地会产生较大的短路电流Is ，从而使保护装置（继电器、熔断器等）迅速准确地动作，提高了保护的可靠性。

（2）缺点：对电源中性点接地系统，由于单相短路电流Is 很大，开关及电气设备等要选择较大容量，并且还能造成系统不稳定和干扰通讯线路等；1.2 变压器中性点不接地系统的优、缺点：（1）优点：对变压器中性点不接地系统，由于限制了单相接地电流，对通讯的干扰较小；另外单相接地可以运行一段时间，提高了供电的可靠性。

（2）缺点：对变压器中性点不接地系统，当一相接地时，另两相对地电压升高倍，易使绝缘薄弱地方击穿，从而造成两相接地短路。

2 各种电压等级供电线路的接地方式（1）在110kv及以上的高压或超高压系统中，一般采用中性点接地系统，其目的是为了降低电气设备绝缘水平，免除由于单相接地后继续运行而形成的不对称性。

（2）工厂供电系统采用电压在1kv～35kv，一般为中性点不接地系统，因工厂供电距离短，对地电容小（Xc大），单相接地电流小，这样可以运行一段时间，提高了系统的稳定性和供电可靠性，对通讯干扰小等优点。

在煤矿井下，我国、西德等国禁止中性点接地，其主要目的是为安全，减小了单相接地电流，但即使小的单相接地电流，煤矿井下也不允许存在，因此在煤矿井下，安装有检漏继电器，就是当电网对地绝缘阻抗降低到危险值或人触及一相导体或电网一相接地时，能很快地切断电源，防止触电、漏电事故，提前切断故障设备。

（3）1kv以下的供电系统（380/220伏），除某些特殊情况下（井下、游泳池），绝大部分是中性点接地系统，主要是为了防止绝缘损坏而遭受触电的危险。

3 电气设备的保护接地3.1 保护接地将电气设备的金属外壳通过接地线与接地体相接，其原理是分流原理（如图1）。

由于人体电阻Rr远大于接地电阻Rd，所以Ir《Id。

主变压器35kV中性点接地⽅式分析三相交流电⼒系统中中性点与⼤地之间的电⽓连接⽅式，称为电⽹中性点接地⽅式。

中性点接地⽅式对电⽹的安全可靠性、经济性有很⼤影响；同时直接影响系统设备绝缘⽔平的选择、过电压⽔平及继电保护⽅式、通讯⼲扰等。

⼀般来说，电⽹中性点接地⽅式也就是变电站中变压器的各级电压中性点接地⽅式。

以电缆为主的配电⽹，当发⽣单相接地故障时，其接地残流较⼤，运⾏于过补偿的条件也经常不能满⾜。

我国ll0kV及以上电⽹⼀般采⽤⼤电流接地⽅式，即中性点有效接地⽅式 (在实际运⾏中，为降低单相接地电流，可使部分变压器采⽤不接地⽅式)，包括中性点直接接地和中性点经低阻接地。

这样中性点电位固定为地电位，发⽣单相接地故障时，⾮故障相电压升⾼不会超过1.4倍运⾏相电压；暂态过电压⽔平也较低；故障电流很⼤，继电保护能迅速动作于跳闸，切除故障，系统设备承受过电压时间较短。

因此，⼤电流接地系统可使整个系统设备绝缘⽔平降低，从⽽⼤幅降低造价。

6～35kV配电⽹⼀般采⽤⼩电流接地⽅式，即中性点⾮有效接地⽅式。

包括中性点不接地、⾼阻接地、经消弧线圈接地⽅式等。

在⼩电流接地系统中发⽣单相接地故障时，由于中性点⾮有效接地，故障点不会产⽣⼤的短路电流，因此允许系统短时间带故障运⾏。

这对于减少⽤户停电时间，提⾼供电可靠性是⾮常有意义的。

⼀、分析35kV侧中性点接地⽅式。

根据DL／T620—1997 交流电⽓装置的过电压保护和绝缘配合》规程中3.1.2条规定：⾦属杆塔的架空线路构成的系统和所35kV、66kV系统当单相接地故障电容电流超过10A⼜需在接地故障条件下运⾏时，应采⽤消弧线圈接地⽅式。

建设容量49.5MW，35kV侧单相接地电容电流约为24A，且风电场35kV集电线路采⽤架空线为主电缆为辅的混合输电⽅案，因此5kV侧中性点采⽤经消弧线圈接地⽅式。

当35kV侧中性点通过消弧线圈接地，线路发⽣单相接地故障时，不会瞬时跳闸，⼀般允许2h持续运⾏，以便寻找和处理事故。

变压器停送电操作之变压器中性点接地刀闸投退分析摘要:我国110 kV及以上电压等级的电力变压器一般采取中性点直接接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，达到了节约制造成本的目的。

这样，一旦中性点产生过电压，就直接威胁变压器中性点的绝缘。

为防止此类事件的发生，在变压器停、送电操作时，都要推上变压器中性点接地刀闸，防止操作时断路器三相不同期分、合闸产生过电压而损坏变压器。

关键词：变压器；中性点；过电压；接地刀闸。

1．变压器中性点绝缘水平我国变压器中性点绝缘分为两种：一种为全绝缘，另一种为半绝缘。

全绝缘：变压器首端与尾端绝缘水平一样的称为全绝缘，多用在110 kV 以下电压等级的电力变压器。

半绝缘：半绝缘变压器中性点的绝缘水平比绕组首端要低，通常只有首端的一半，这些变压器一般采取中性点有效接地的运行方式，此时变压器中性点附近的绕组对地电压比较低，不易发生绝缘故障，因此变压器中性点的绝缘水平大都设计得比端部绝缘低，多用在110 kV 及以上电压等级的变压器。

2．三绕组变压器工作原理三相变压器的每个铁心柱上，都套着三个同心式绕组，分别为高、中、低压绕组。

高压绕组总是排列在最外层，低压绕组和中压绕组则可以有不同的排列位置，低压绕组在中间，宜作升压变压器使用；中压绕组绕组在中间，宜作降压变压器使用。

它的工作原理如图 1 所示。

图 1 三绕组变压器工作原理3．过电压对变压器中性点绝缘的影响：(以切空载变压器为例)变压器过电压有大气过电压和操作过电压两类。

操作过电压一般为额定电压的2—4.5 倍，而大气过电压可达到额定电压的8—12 倍。

变压器设计的绝缘强度一般考虑能承受 2.5 倍的过电压，中性点的电压则更低。

不论哪一种过电压，都会导致变压器铁芯严重饱和，励磁电流增大，使铁芯严重发热，烧毁变压器绝缘，特别是中性点绝缘。

电网中用断路器切空变是一种常规的操作方式。

在这种操作过电压中，有可能产生很高的过电压。

电力系统中性点的运行方式引言一、基本概念1、中性点：在星形连接的三相电路中，其三个线圈(或绕组)连在一起的一点称为中性点。

由中性点引出的导线称为中性线。

2、电力系统中性点：电力系统的中性点是指发电机或变压器绕组的星形连接点，其对地电位在电力系统正常运行时为零或接近于零。

电力系统中性点接地是一种工作接地，保证电力设备和整个电力系统在正常及故障状态下具有适当的运行条件。

3、三相交流配电网中性点与大地间电气连接的方式，称为电网中性点接地方式，也可称为电网中性点运行方式。

4、分类：目前我国常见的中性点运行方式(即中性点接地方式)可分为中性点非有效接地和有效接地两大类.（1）、中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点经消弧线圈接地和中性点经高电阻接地的系统，当发生单相接地时，接地电流被限制到较小数值，故又称为小接地电流系统；（2）、中性点有效接地包括中性点直接接地和中性点经小阻抗接地的系统，因发生单相接地时接地电流很大，故又称为大接地电流系统。

5、中性点运行方式的影响：电力系统中性点接地方式是一个重要的综合问题，它不仅涉及电网本身的安全性、可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全、继电保护装置的配置、电力系统的运行稳定、故障分析等有重要影响。

一、中性点不接地系统中性点不接地的系统供电可靠性较高，在这种系统中发生一相接地故障时，不构成短路回路，接地相电流不大，不必切除地相；但这时非接地相的对地电压升高为相电压的3倍，因此，对绝缘水平要求高。

1、正常运行情况（1）、电力系统正常运行时，一般认为三相系统是对称的，三相电源的相电压分别为Uu 、Uv 、Uw ，中性点的电位.U N 为零。

相对地电压分别为:u u ud U n U U U ∙∙∙∙=+=v v vd U n U U U ∙∙∙∙=+=ww wd U n U U U ∙∙∙∙=+=（2）、三相导体之间的电容较小，忽略不计；各相对地电容相等，C u = C v = C w =C ，对称电压的作用下，各相对地电容电流cw cv cu I I ∙∙∙、、I 大小相等。

1、电力系统中性点运行方式电力系统中性点接地方式有两大类:一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大接地电流系统；另一类是中性点不接地，经过消弧线圈或高阻抗接地，称为小接地电流系统。

其中采用最广泛的是中性点接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。

(一)中性点不接地系统当中性点不接地的系统中发生一相接地时，接在相间电压上的受电器的供电并未遭到破坏，它们可以继续运行，但是这种电网长期在一相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。

所以，在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。

在中性点不接地系统中，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。

在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。

由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，其数值可达(2.5～3)Ux。

这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路。

在电压为3-10kV的电力网中，一相接地时的电容电流不允许大于30A，否则，电弧不能自行熄灭。

在20～60kV电压级的电力网中，间歇电弧所引起的过电压，数值更大，对于设备绝缘更为危险，而且由于电压较高，电弧更难自行熄灭。

因此，在这些电网中，规定一相接地电流不得大于10A。

(二)中性点经消弧线圈接地系统当一相接地电容电流超过了上述的允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。

消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。

绕组的电阻很小，电抗很大。

消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。

显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。

电气与信息工程河南科技Henan Science and Technology总第807期第13期2023年7月收稿日期：2022-10-27作者简介：田宝江（1982—），男，硕士，高级工程师，研究方向：继电保护运行及整定计算；郭培（1985—），男，硕士，高级工程师，研究方向：继电保护运行及整定计算；刘尧（1992—），男，硕士，工程师，研究方向：继电保护运行及整定计算。

自耦变压器中性点小电抗对短路电流及变压器保护定值的影响田宝江1郭培2刘尧2（1.国网河南省电力公司，河南郑州450000；2.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州450000）摘要：【目的】为评估500kV 自耦变压器中性点加装小电抗器对零序等值网络、等值阻抗回路及变压器保护定值的影响。

【方法】分析此措施对500kV 侧、220kV 侧单相接地短路电流的影响，以实际工程为例，计算加装不同阻值电抗值的效果。

【结果】经分析可知，500kV 自耦变压器中性点加装小电抗器后，对220kV 侧、500kV 侧单相短路电流均有一定的限制效果，220kV 侧效果更明显，电抗值增加到一定值后，限制效果趋于饱和，并得到最优阻抗值。

【结论】研究加装不同中性点小电抗对短路电流及变压器保护定值的影响，对提升电网可靠运行具有重要意义。

关键词：自耦变压器；中性点小电抗；短路电流；零序网络；零序后备保护中图分类号：TM711文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2023）13-0017-05DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.13.003Influence of Small Neutral Reactance of Autotransformer on Short-Circuit Current and Transformer Protection SettingTIAN Baojiang 1GUO Pei 2LIU Yao 2(1.Stated Grid Henan Power Grid Company,Zhengzhou 450000,China;2.Stated Grid Henan Electric Power Re⁃search Instiute,Zhengzhou 450000,China)Abstract:[Purposes ]This paper aims to evaluate the influence of installing small reactor at the neutralpoint of 500kV autotransformer on zero sequence equivalent network,equivalent impedance circuit and transformer protection setting value.[Methods ]The influence of this measure on the single-phase grounding short-circuit current of 500kV side and 220kV side is analyzed.Taking the actual project as an example,the effect of adding different resistance reactance values is calculated.[Findings ]The analy⁃sis shows that after adding a small reactor to the neutral point of the 500kV autotransformer,the single-phase short-circuit current on the 220kV side and the 500kV side has a certain limiting effect.The ef⁃fect on the 220kV side is more obvious.When the reactance value increases to a certain value,the limit⁃ing effect tends to be saturated,and the optimal impedance value is obtained.[Conclusions ]It is of great significance to study the influence of small reactance with different neutral points on short-circuit cur⁃rent and transformer protection setting value,so as to improve the reliable operation of power grid.Keywords:autotransformer;small neutral reactance;short-circuit current;zero-sequence network;zero-sequence protection引言自耦变压器是指一、二次绕组直接串联，自行耦合的变压器，其一、二次绕组有较大部分是共用的，只有较小部分流过共用绕组部分。

电力系统中性点运行方式及故障判断处理一、电力系统中性点运行方式（一）中性点定义：三相电力系统中绕组或者线圈采用星形连接的电力设备（如发电机、变压器等）各相的连接对称点和平衡点。

特点：在电力系统正常运行时，对地电位为零（在理想状况下）。

中性点接地属于工作接地（保证电力设备达到正常工作要求的接地，称为工作接地）。

（二）中性点运行方式分类：中性点接地方式与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配臵等有关，对于电力系统的运行，特别是对发生故障后的系统运行有多方面的影响，直接影响电网的绝缘水平、系统供电的可靠性和连续性、主变压器和发电机的运行安全以及对通信线路的干扰等。

分类：①中性点不接地运行方式中性点经消弧线圈接地运行方式②中性点直接接地运行方式③中性点经低阻抗接地运行方式④中性点经高阻抗接地运行方式最常用的是中性点不接地运行方式、经消弧线圈接地运行方式和直接接地运行方式。

前两种为小接地系统，最后一种为大接地系统。

（三）各种中性点运行方式适用范围：▲中性点不接地运行方式：电压在500V以下的三相三线制装臵、3～10kV 系统当接地电流Ic≤30A时、20～60kV系统当接地电流Ic≤10A时。

供照明用电的380/220V系统例外，采用中性点直接接地的三相四线制，零线是为了取得相电压，地线是为了安全。

▲中性点经消弧线圈接地运行方式：凡是不符合中性点不接地运行方式的3～60kV系统，均采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。

我国110kV系统，在个别雷害事故较严重的地区和某些大城市电网，为了提高供电可靠性，也会采用经消弧线圈接地的运行方式。

▲中性点直接接地运行方式：110kV系统及以上系统，主要考虑降低设备绝缘水平，简化继电保护装臵，一般均采用中性点直接接地的方式，并采用送电线路全线架设避雷线和装设自动重合闸装臵等措施，以提高供电可靠性。

（四）中性点运行方式分析：1.中性点不接地系统：中性点不接地运行方式即电力系统的中性点不与大地相接。

变压器中性点直流电流侵入的危害和预防措施摘要:随着直流转换运行方式的广泛应用推广以及投入使用,对于目前我国很多传统运网正常运行工作产生了影响,直接影响了整个电路变压器的正常运行工作以及运行,还有一些不良因素会直接致使整个变压器直接受损。

文章针对电路中性点中直流电损坏如何形成以及影响因素分别进行研究分析,总结并分别提出有效的预防措施。

关键词:变压器,中性点,直流电流,危害,预防措施引言:直流输电方式在输送相同功率时, 线路投资较少,对功率和电能的损耗较小,不会产生较大的干扰信号,线路在稳态运行时没有电抗电压和电容电流,不需要进行无功补偿,系统运行稳定可靠。

但是直流输电会对交流变电站的正常运行造成一定的不良影响,严重影响变压器的正常运作,甚至会破坏变压器,引起保护误动。

一、变压器中性点产生直流电流的原因1.1地磁感应电流太阳离子风和宇宙的其他射线与电磁场相互作用, 产生地磁磁暴,这种磁场的变化可以使得地球表面出现电位梯度,最高可以达到每公里上百伏,持续时间可以是几分钟甚至几个小时。

如果使用中性点接地变压器正好处于该地区,由于地磁感应电动势会在变压器绕组内部产生地磁感应电流,电流势的波动感应频率在0.001~2hz之间,可以非常近似将其看作直流,其感应波动频率幅值甚至通常可达100a以上。

1.2直流大电流、远距离的直流接地连接系统一般都会采用大地返回的方式,在换流站基地周边的散流场地带会预留有一定的点向地表返回电流。

与换流变电站周边并行并线运行的交流接地变电站如果距离不远,则采用交流接地变电站的接地中性点作为接地，直流变压器可能会因此受到较大干扰。

在没有交流接地变压器的直流接地中性上会自动产生电流源并流入变压器,经过输电线路后在另一端的变压器中性点入地。

二、变压器中性点直流电流的危害2.1变压器噪声和振动变大由于这些中性点流入后与电流的相互作用,励磁器的电流就会发生严重轴向畸变,出现了较大的高频谐波振动电流, 同时整个变压器内的主磁通也就形成了一个周期性不断变化的不对称的电磁场,产生了较大的磁通量和谐波电流量, 从而直接引发整个变压器的绕组硅片或钢片内部出现严重伸缩,引起整个变压器的谐波振动和高频噪声。

110kV变压器中性点接地方式与保护配置分析刘丛然;刘健;龙家文【摘要】电力系统中变压器中性点的接地方式和保护配置,是一个关系到电网安全运行的综合性问题,它与电压等级、电网结构、绝缘水平、供电可靠性等都有密切的关系.我国1 10kV及以上电网一般采用大电流接地方式,即中性点有效接地方式,发生单相接地故障时,暂态过电压水平较低,故障电流较大,继电保护迅速动作于跳闸以切除故障.主要研究分析了110kV变压器的接地方式及保护配置,并根据大港油田某变电站发生的实际案例来详细分析故障发生的过程及保护配置的必要性.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2014(052)006【总页数】3页(P100-102)【关键词】变压器中性点;间隙;避雷器;零序保护【作者】刘丛然;刘健;龙家文【作者单位】大港油田电力公司生产调度中心,天津300280;大港油田电力公司生产调度中心,天津300280;大港油田电力公司生产调度中心,天津300280【正文语种】中文【中图分类】TM7321 前言在110kV及以上电压等级电网系统中，电力变压器是电力生产的核心设备，其成本较高，为了减少成本，减小变压器的内绝缘尺寸从而使整个变压器的尺寸缩小，变压器普遍采用分级绝缘结构，其特点是中性点的绝缘水平低于三相端部出线电压等级的绝缘水平。

在部分变压器中性点接地的电网中，接地短路故障是较常见的故障(约占故障总数的85%以上)。

当系统发生接地故障，中性点接地的变压器跳开后，电网变成不接地系统，电网零序电压升高或谐振等都会使不接地变压器中性点遭受过电压，从而危及变压器的中性点绝缘。

因此，处于该系统中运行的大型变压器必须装设中性点保护[1]。

2 变压器中性点接地方式2.1 变压器中性点接地系统的优缺点对电源中性点接地系统，若发生某单相接地，另两相电压不升高，这样可使整个系统绝缘水平降低；另外，单相接地会产生较大的短路电流，从而使保护装置(继电器、熔断器等)迅速准确地动作，提高了保护的可靠性。