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摘要：根据河南存在500kV枢纽变电站220kV母线单相短路电流超标现象，本文从自耦变压器原理入手，指出单相短路电流超标的原因，提出降低短路电流措施，并分析了自耦变中性点加装小电抗措施的可行性。
0 引言
随着河南电力需求的快速增长，电网规模日益扩大，电网的短路电流也持续上升。2013、2014水平年河南电网的短路电流计算表明，存在500kV变电站220kV母线单相短路电流大于三相短路电流现象，且已经逼近断路器的额定遮断能力。由于单相短路发生的概率很高（约占全部短路故障的70%），因此必须加以重视，采取措施加以抑制。
1 500kV变压器设备特点
河南500kV变电站主变压器均采用三绕组自耦变压器。同容量的变压器相比，自耦变压器的体积和重量都要比普通变压器小。自耦变压器体积小、重量轻、造价低，在500kV系统中得到了广泛应用。
自耦变压器高、中压侧之间不仅有“磁”的联系，还有“电”的联系，为了减少一侧出线扰动扩散到另一侧，比如高压侧发生单相接地短路引起低压侧过电压从而破坏绝缘，自耦变压器中性点在通常情况下都是严格接地的。
2 单相短路电流大于三相短路电流分析
（1）发电机虽有零序阻抗，但其出口升压变压器为D/Y0接线，零序电流不流过发电机，零序网络中一般不包括发电机零序阻抗。
（2）某个短路点相关电网接地支路越多，零序等值网的并联支路越多，短路点的总的零序阻抗就越小，有可能形成总的零序阻抗小于总的正序阻抗，因此单相短路电流大于三相短路电流。
（3）架空线和电缆的零序阻抗都是大于其正序阻抗的。一般取零序电抗为正序电抗的3倍，所以如果线路长，则对于某短路点贡献的零序阻抗是比较大的。
（4）负荷的中性点通常不接地，且其连接的降压变低压侧为三角形接线，零序电流没有通路，所以在零序网络中一般也不包括负荷。
河南500kV变电站主变全部为三绕组自耦变压器，自耦变压器中性点必须直接接地运行， 一般220kV变电站至少一台主变中性点也直接接地运行，这样零序等值网的并联支路比较多，结果某些短路点的零序阻抗小于正序阻抗，造成单相接地短路电流值不断增大，个别地方单相接地电流值超过了三相短路电流值。
3 中性点加装小电抗分析
限制短路电流的措施有多种，一是改变电网运行方式，采用电网分层分区运行。二是采用短路阻抗高的变压器。三是用普通三绕组变压器替代自耦变压器，改变主变压器接地数目。四是变压器中性点加装小电抗。就改变具体设备以达到降低单相短路电流的目的而言，中性点经小电抗接地降低单相短路电流更具有可行性和可操作性，不仅不受电网运行的限制，还可以降低变压器中性点绝缘水平，具有良好的社会和经济效益。
3.1 中性点加装小电抗限制短路电流的原理
在变压器中性点加装小电抗，在电网发生单相接地短路故障情况下，中性点将有零序电流通过，零序阻抗增加，将会有效降低短路电流大小。
图1中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示变压器的三侧绕组，设X1、X2、X3为变压器中性点直接接地时变压器三侧的零序等值电抗，中性点经小电抗接地后的变压器三侧的零序等值电抗为 ，如图2。
先将自耦变压器低压侧绕组Ⅲ开路，当中性点直接接地时Un=0 ，折算到高压侧和中压侧绕组端点间的电位差为
由以上分析可知，当Xn=0 ，即变压器中性点直接接地时，其中压侧电抗接近为零，从而造成中压侧母线单相短路电流很大。当中性点经小电抗接地后，中压侧零序电抗增加的比例显著，因此可以预测其对中压侧单相短路电流的限制效果会很明显。
3.2 中性点加装小电抗对短路电流的限制作用
根据以上原理分析，针对中性点加装小电抗措施进行算例分析。计算软件：中国电科院PSASP6.26，计算不基于潮流方式，发电机取=1，不计负荷影响。根据河南2014年冬大方式下潮流对500kV祥符变加装不同小电抗进行短路计算。
可見，中性点加装小电抗对于降低单相短路电流作用相当明显。不过，自耦变压器中性点加装小电抗对系统工频过电压、操作过电压、雷电过电压和变压器绕组内部波过程都会造成一定影响，因此需进行校验。由于小电抗的添加改变了系统零序阻抗，还需对系统相关保护定值进行校核。
4 结语
500kV变电站自耦变压器中性点在运行中必须直接接地，结果造成220kV系统中性点接地数目较多，致使220kV系统单相接地短路电流值不断增大，个别地方超过了三相短路电流。针对此问题，采用500kV自耦变中性点加装小电抗的措施是行之有效的。
参考文献
[1] 张仲先.对500kV变电站主变压器选型原则的几点意见[J].变压器，2007年第4期：49-53.
[2] 袁娟，刘文颖，董明齐等.西北电网短路电流的限制措施[J] .电网技术，2007，31（10）：42-45.
[3] 张弘，甘德强.500kV变压器经小电抗接地的应用分析[J].电力建设，2009，29（11）：38-40.
作者简介：王自强（1979-），男，工程师，从事电网运营监测（控）分析工作；
张庆庆（1983-），女，工程师，从事电力系统规划设计工作。
0 引言
随着河南电力需求的快速增长，电网规模日益扩大，电网的短路电流也持续上升。2013、2014水平年河南电网的短路电流计算表明，存在500kV变电站220kV母线单相短路电流大于三相短路电流现象，且已经逼近断路器的额定遮断能力。由于单相短路发生的概率很高（约占全部短路故障的70%），因此必须加以重视，采取措施加以抑制。
1 500kV变压器设备特点
河南500kV变电站主变压器均采用三绕组自耦变压器。同容量的变压器相比，自耦变压器的体积和重量都要比普通变压器小。自耦变压器体积小、重量轻、造价低，在500kV系统中得到了广泛应用。
自耦变压器高、中压侧之间不仅有“磁”的联系，还有“电”的联系，为了减少一侧出线扰动扩散到另一侧，比如高压侧发生单相接地短路引起低压侧过电压从而破坏绝缘，自耦变压器中性点在通常情况下都是严格接地的。
2 单相短路电流大于三相短路电流分析
（1）发电机虽有零序阻抗，但其出口升压变压器为D/Y0接线，零序电流不流过发电机，零序网络中一般不包括发电机零序阻抗。
（2）某个短路点相关电网接地支路越多，零序等值网的并联支路越多，短路点的总的零序阻抗就越小，有可能形成总的零序阻抗小于总的正序阻抗，因此单相短路电流大于三相短路电流。
（3）架空线和电缆的零序阻抗都是大于其正序阻抗的。一般取零序电抗为正序电抗的3倍，所以如果线路长，则对于某短路点贡献的零序阻抗是比较大的。
（4）负荷的中性点通常不接地，且其连接的降压变低压侧为三角形接线，零序电流没有通路，所以在零序网络中一般也不包括负荷。
河南500kV变电站主变全部为三绕组自耦变压器，自耦变压器中性点必须直接接地运行， 一般220kV变电站至少一台主变中性点也直接接地运行，这样零序等值网的并联支路比较多，结果某些短路点的零序阻抗小于正序阻抗，造成单相接地短路电流值不断增大，个别地方单相接地电流值超过了三相短路电流值。
3 中性点加装小电抗分析
限制短路电流的措施有多种，一是改变电网运行方式，采用电网分层分区运行。二是采用短路阻抗高的变压器。三是用普通三绕组变压器替代自耦变压器，改变主变压器接地数目。四是变压器中性点加装小电抗。就改变具体设备以达到降低单相短路电流的目的而言，中性点经小电抗接地降低单相短路电流更具有可行性和可操作性，不仅不受电网运行的限制，还可以降低变压器中性点绝缘水平，具有良好的社会和经济效益。
3.1 中性点加装小电抗限制短路电流的原理
在变压器中性点加装小电抗，在电网发生单相接地短路故障情况下，中性点将有零序电流通过，零序阻抗增加，将会有效降低短路电流大小。
图1中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别表示变压器的三侧绕组，设X1、X2、X3为变压器中性点直接接地时变压器三侧的零序等值电抗，中性点经小电抗接地后的变压器三侧的零序等值电抗为
先将自耦变压器低压侧绕组Ⅲ开路，当中性点直接接地时Un=0 ，折算到高压侧和中压侧绕组端点间的电位差为
由以上分析可知，当Xn=0 ，即变压器中性点直接接地时，其中压侧电抗接近为零，从而造成中压侧母线单相短路电流很大。当中性点经小电抗接地后，中压侧零序电抗增加的比例显著，因此可以预测其对中压侧单相短路电流的限制效果会很明显。
3.2 中性点加装小电抗对短路电流的限制作用
根据以上原理分析，针对中性点加装小电抗措施进行算例分析。计算软件：中国电科院PSASP6.26，计算不基于潮流方式，发电机取=1，不计负荷影响。根据河南2014年冬大方式下潮流对500kV祥符变加装不同小电抗进行短路计算。
可見，中性点加装小电抗对于降低单相短路电流作用相当明显。不过，自耦变压器中性点加装小电抗对系统工频过电压、操作过电压、雷电过电压和变压器绕组内部波过程都会造成一定影响，因此需进行校验。由于小电抗的添加改变了系统零序阻抗，还需对系统相关保护定值进行校核。
4 结语
500kV变电站自耦变压器中性点在运行中必须直接接地，结果造成220kV系统中性点接地数目较多，致使220kV系统单相接地短路电流值不断增大，个别地方超过了三相短路电流。针对此问题，采用500kV自耦变中性点加装小电抗的措施是行之有效的。
参考文献
[1] 张仲先.对500kV变电站主变压器选型原则的几点意见[J].变压器，2007年第4期：49-53.
[2] 袁娟，刘文颖，董明齐等.西北电网短路电流的限制措施[J] .电网技术，2007，31（10）：42-45.
[3] 张弘，甘德强.500kV变压器经小电抗接地的应用分析[J].电力建设，2009，29（11）：38-40.
作者简介：王自强（1979-），男，工程师，从事电网运营监测（控）分析工作；
张庆庆（1983-），女，工程师，从事电力系统规划设计工作。