110千伏干式變壓器斷相運行分析

利用對稱(chēng)分量法和過(guò)電壓理論，分析了中性點(diǎn)不接地的110千伏干式變壓器低壓側單相線(xiàn)路在高壓側斷線(xiàn)時(shí)的電壓和電流特性，并找出其規律。結論是調度員可以根據故障現象的特點(diǎn)，及時(shí)判斷故障性質(zhì)，隔離故障點(diǎn)，調整運行方式，從而保證供電質(zhì)量和可靠性。

關(guān)鍵詞：干式變壓器缺相運行

1.正式介紹

蕭山供電局是縣級局。電網(wǎng)中的110千伏變電站大多為終端變電站，110千伏干式變壓器大多位于

中性點(diǎn)不接地時(shí)，110千伏單相線(xiàn)路斷線(xiàn)時(shí)線(xiàn)路保護和干式變壓器保護不動(dòng)作，但10kV側電壓和電流異常，有些特性類(lèi)似10kV單相接地和電壓諧振。

本文主要分析110千伏線(xiàn)路單相斷線(xiàn)時(shí)110千伏終端干式變壓器低壓10kV側的電壓和電流特性，以幫助運行調度人員識別異常運行，及時(shí)隔離故障，為繼電保護人員對110千伏終端變電站進(jìn)行保護整定提供依據。

2.運行示例

2005年8月6日中午11點(diǎn)左右，我局某110kV變電站110kV線(xiàn)路C相斷線(xiàn)，線(xiàn)路兩側相關(guān)設備繼電保護不工作。

110kV變電站干式變壓器的接線(xiàn)組別為YN和d11，型號為SZ9-40000/110。低壓側額定電壓為10.5千伏，低壓側額定電流為2200安。

110kV線(xiàn)路c相斷線(xiàn)時(shí)變電站主變壓器10kV側電流和10kV母線(xiàn)電壓數據見(jiàn)表(1)。

表(1)110千伏線(xiàn)路丙相斷線(xiàn)時(shí)主變壓器10kV側電流和10kV母線(xiàn)電壓數據

時(shí)間

主變壓器10kV電流(a)

10kV母線(xiàn)電壓(千伏)

相電流

b相電流

c相電流

a相電壓

b相電壓

c相電壓

零序電壓

10:50

409.57

395.51

400.78

6.06

6.09

六

0.44伏

10:55

202.15

98.44

101.95

6.17

3.1

3.12

1.07伏

11:00

145.9

70.31

73.83

6.18

3.02

3.28

1.44伏

11:05

142.38

68.55

72.07

6.13

3.06

3.15

1.07伏

11:10

135.35

65.04

68.55

6.13

3.05

3.15

1.03伏

表(1)中的數據來(lái)自SCADA系統，采樣周期為5分鐘。

分析表(1)數據具有以下特征：

1)當1)110千伏線(xiàn)路c相斷線(xiàn)時(shí)，主變壓器10kV側的b、c相電流約為a相的一半.

2)10kv母線(xiàn)B、C相電壓約為正常相電壓的一半，A相電壓略高于正常相電壓。這個(gè)特性類(lèi)似于10kV電壓諧振。

3)3)10kV母線(xiàn)零序電壓小幅上升。這個(gè)特點(diǎn)類(lèi)似于10kV單相接地。

在一般的出版物和教科書(shū)中，對系統缺相運行的分析只到達終端的高壓側，而沒(méi)有連續分析終端低壓母線(xiàn)的電壓和電流特性。 #p#分頁(yè)標題#e#

為了解釋上述10kV側數據和現象的原因，通過(guò)建立電網(wǎng)模型，采用三序分量法分析計算低壓母線(xiàn)的電壓和電流特性。

3.模型和參數

2.1型號

分析模型的建立如圖(1)所示。

大電網(wǎng)系統以電源g為代表，通過(guò)d、yn11連接干式變壓器和一次110千伏線(xiàn)路向接線(xiàn)組為YN、d11的110千伏終端變電站干式變壓器供電。F1為終端變電站110kV母線(xiàn)，F2為終端變電站10kV母線(xiàn)。

用系統的三個(gè)序參量X(1)、X(2)、X(0)表示，F2母線(xiàn)上的負荷用阻抗XD表示。

斷裂點(diǎn)在110千伏線(xiàn)路上是A相，斷口兩端標有Q和K，斷口兩端Q和K的距離比較近(符合實(shí)踐中的一般情況)?？梢哉J為斷開(kāi)前q、k點(diǎn)之間的阻抗Zqk0為0。

圖(1)1)110千伏線(xiàn)路單相斷線(xiàn)系統模型

2.2順序網(wǎng)絡(luò )圖

根據李光奇-《電力系統暫態(tài)分析》，結合圖(1)，利用三階分量法將模型轉化為圖(2)所示的有序網(wǎng)絡(luò )圖。因為

（X1 X2 X3 X4 XD）=jX，零序阻抗為Z（0）=∞。

下面將通過(guò)計算流過(guò)故障線(xiàn)路的三序電流、斷口間電壓來(lái)計算終端變電所110kV母線(xiàn)的三序電壓、三序電流，繼而計算出終端變電所10kV母線(xiàn)的三序電壓、三序電流。

圖（2）序網(wǎng)圖

4.流過(guò)故障線(xiàn)路的電流計算

1）從圖（2）可以計算流過(guò)故障線(xiàn)路的三序電流為

---------------①

2）從而流過(guò)故障線(xiàn)路的三相電流為

--------------②

3）線(xiàn)路正常運行中電流

正常運行中三相電流大小為E/X。

4）因此，110kV線(xiàn)路單相斷線(xiàn)后，終端110kV干式變壓器高壓側健全兩相電流方向相反且比正常時(shí)略小。

5.斷口電壓

5.1從圖（2）可以計算斷口QK三序電壓為

-------------③

5.2從而A相斷口兩端間的電壓為

-------------④

6.110kV母線(xiàn)電壓的計算

6.1110kV母線(xiàn)三序電壓

根據圖（2）和式①、③，計算F1母線(xiàn)三序電壓為

------------⑤

因此，110kV線(xiàn)路單相斷線(xiàn)后，終端110kV變電所110V母線(xiàn)出現零序電壓，其大小為正常相電壓的一半。即終端110kV干式變壓器中性點(diǎn)對地電壓為E/2，約為31.75kV。

6.2110kV母線(xiàn)三相電壓

根據式⑤，F1母線(xiàn)三相電壓為

-------⑥

7.10kV母線(xiàn)電壓的分析計算

分析了110kV母線(xiàn)電壓特征后，依據干式變壓器接線(xiàn)組別，下面對F2母線(xiàn)（10kV母線(xiàn)）的電壓特征進(jìn)行分析計算。

7.1110kV母線(xiàn)三相電壓近似值

一般情況下，X4 XD≈X，于是有

-------------⑦

即，110kV母線(xiàn)電壓健全相仍保持正常狀態(tài)，斷線(xiàn)相電壓降為正常值的一半。后續計算以該近似進(jìn)行。

7.2110kV母線(xiàn)、10kV母線(xiàn)三序電壓關(guān)系

7.2.1110kV母線(xiàn)、10kV母線(xiàn)正序電壓、負序電壓關(guān)系

由于干式變壓器為Y/Δ，d11接線(xiàn)，所以F2母線(xiàn)正序電壓超前F1母線(xiàn)正序電壓30度，F2母線(xiàn)負序電壓滯后F1母線(xiàn)負序電壓30度，表示如下。#p#分頁(yè)標題#e#

------------⑧

7.2.210kV母線(xiàn)零序電壓的分析計算

1）10kV母線(xiàn)零序電壓的產(chǎn)生原因

由于干式變壓器110kV側中性點(diǎn)不接地，零序阻抗∞，零序電流為0，110kV側零序電壓通過(guò)高低壓繞組間電容和低壓側三相對地電容所組成的電容傳遞回路傳遞至干式變壓器10kV側，使10kV側三相出現相同的零序傳遞電壓：UF2（0）=Ua（0）=Ub（0）=Uc（0）。如圖（3）。

圖（3）繞組間電容傳遞電壓

2）10kV母線(xiàn)零序電壓較大值情況

為分析低壓側零序電壓的大小，以一臺SZ9-40000/110干式變壓器空載時(shí)，發(fā)生高壓側線(xiàn)路單相斷線(xiàn)時(shí)，計算低壓母線(xiàn)零序電壓。

調查SZ9-40000/110干式變壓器的電容參數為：C12≈4000PF，3C0≈12000PF。

根據圖（3），有

。-----------⑨

因此，干式變壓器空載或帶較短線(xiàn)路運行時(shí)，干式變壓器高壓側線(xiàn)路發(fā)生單相斷線(xiàn)故障后，低壓側產(chǎn)生較高零序電壓，會(huì )導致低壓側單相接地告警裝置動(dòng)作發(fā)信，誤導運行監控人員。

3）10kV母線(xiàn)零序電壓一般情況

調查有關(guān)線(xiàn)路資料后，得到以下參數：

1）1公里10kV無(wú)架空地線(xiàn)單回線(xiàn)路3C0≈7000PF，

2）1公里10kV電纜線(xiàn)路3C0≈280000PF。

以SZ9-40000/110干式變壓器10kV側有10公里無(wú)架空地線(xiàn)單回線(xiàn)路負荷為例計算。C12≈4000PF，3C0≈82000PF，有

。------------⑩

所以，一般情況下，干式變壓器低壓有負載線(xiàn)路時(shí)，高壓側單相斷線(xiàn)時(shí)，由于3C0較大，低壓側零序傳遞電壓較小，小于0.25E。不會(huì )引起10kV側單相接地告警裝置動(dòng)作發(fā)信。

6.3分析在該情況下進(jìn)行。

7.310kV母線(xiàn)三相電壓向量分析

結合7.2.1和7.2.2的分析，對10kV側三相電壓向量分析如圖（4）、圖（5）、圖（6）。

低壓側零序傳遞電壓取0.25E。

1）10kV側A相電壓

如圖（4），干式變壓器110kV側線(xiàn)路發(fā)生A相斷線(xiàn)故障后，10kV側母線(xiàn)A相電壓Ua為0.56E，

即降低到略大于正常相電壓一半。

高壓A相電壓序分量低壓A相電壓

圖（4）高、低壓側A相電壓

2）10kV側B相電壓

如圖（5），干式變壓器110kV側線(xiàn)路發(fā)生A相斷線(xiàn)故障后，10kV側母線(xiàn)B相電壓Ub為1.03E，略大于正常相電壓。

高壓B相電壓序分量低壓B相電壓

圖（5）高、低壓側B相電壓

3）低壓側C相電壓

如圖（6），干式變壓器110kV側線(xiàn)路發(fā)生A相斷線(xiàn)故障后，10kV側母線(xiàn)C相電壓UC為0.56E，即降低到略大于正常相電壓一半。

高壓C相電壓序分量低壓C相電壓

圖（6）高、低壓側C相電壓

8.10kV母線(xiàn)電壓的分析計算結論

根據以上分析，一般情況下，110kV線(xiàn)路單相斷線(xiàn)時(shí)，終端110kV變電所的10kV母線(xiàn)電壓特征為：

1）兩相對地電壓降低，降低到正常電壓的一半左右，相位相同；一相對地電壓升高，比正常運行電壓略高。#p#分頁(yè)標題#e#

2）10kV母線(xiàn)有零序電壓產(chǎn)生。大小隨10kV運行線(xiàn)路長(cháng)度而變化。

3）10kV母線(xiàn)有負序電壓產(chǎn)生。

9.10kV母線(xiàn)電流的分析計算

9.1根據“4.流過(guò)故障線(xiàn)路的電流計算”，110kV線(xiàn)路A相斷線(xiàn)時(shí)，110kV線(xiàn)路電流為

------------⑾

9.2由于干式變壓器為Y/Δ，d11接線(xiàn)，所以10kV母線(xiàn)A相三序電流為

-------------⑿

9.310kV母線(xiàn)三相電流為

-------------⒀

9.4正常運行中10kV母線(xiàn)三相電流大小為E/X=i

10.10kV母線(xiàn)電流的分析計算結論

根據（13）式可知，110kV線(xiàn)路單相斷線(xiàn)時(shí)，終端變電所的10kV母線(xiàn)電流特征為“兩相電流大小和相位相同，且為另一相的一半，相位相反”。電流包含負序分量。

11.結論

110kV線(xiàn)路A相斷線(xiàn)時(shí)，終端接線(xiàn)組別為YN，d11的110kV干式變壓器不接地運行，終端變

電所110kV干式變壓器的運行特征如下。

1）10kV母線(xiàn)的電壓和電流特征

如表（2），設正常運行中10kV母線(xiàn)相電壓為U，相電流為i。

110kV斷線(xiàn)相

10kV母線(xiàn)電壓

10kV母線(xiàn)電流

Ua

Ub

Uc

Ia

Ib

Ic

A

約U/2

U略高

約U/2

i/2

-i

i/2

B

約U/2

約U/2

U略高

i/2

i/2

-i

C

U略高

約U/2

約U/2

-i

i/2

i/2

表（2）110kV線(xiàn)路上A相斷線(xiàn)時(shí)主變10kV側電流和10kV母線(xiàn)電壓特征

2）干式變壓器空載或帶較短線(xiàn)路運行時(shí)，干式變壓器高壓側線(xiàn)路發(fā)生單相斷線(xiàn)故障后，低壓側產(chǎn)生較高零序電壓，會(huì )導致低壓側單相接地告警裝置動(dòng)作發(fā)信，誤導運行監控人員。運行監控人員人員需要綜合考慮低壓10kV側電流和10kV母線(xiàn)電壓特征，判斷是否為110kV線(xiàn)路單相斷線(xiàn)。

3）終端干式變壓器低壓側有負序電壓、負序電流產(chǎn)生，負序電壓、負序電流影響低壓側用戶(hù)電動(dòng)機的運行，嚴重時(shí)燒毀電動(dòng)機線(xiàn)圈，所以需要及時(shí)把110kV故障線(xiàn)路斷開(kāi)。

4）終端110kV干式變壓器高壓側健全兩相電流方向相反且比正常時(shí)略小，斷線(xiàn)相電流為0。

5）110V母線(xiàn)出現零序電壓，其大小為正常相電壓的一半。終端110kV干式變壓器中性點(diǎn)對地電壓為E/2，約為31.75kV。