110千伏干式變壓器斷相運(yùn)行分析

利用對稱分量法和過電壓理論，分析了中性點(diǎn)不接地的110千伏干式變壓器低壓側(cè)單相線路在高壓側(cè)斷線時(shí)的電壓和電流特性，并找出其規(guī)律。結(jié)論是調(diào)度員可以根據(jù)故障現(xiàn)象的特點(diǎn)，及時(shí)判斷故障性質(zhì)，隔離故障點(diǎn)，調(diào)整運(yùn)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(yùn)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)，110千伏單相線路斷線時(shí)線路保護(hù)和干式變壓器保護(hù)不動作，但10kV側(cè)電壓和電流異常，有些特性類似10kV單相接地和電壓諧振。

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

2.運(yùn)行示例

2005年8月6日中午11點(diǎn)左右，我局某110kV變電站110kV線路C相斷線，線路兩側(cè)相關(guān)設(shè)備繼電保護(hù)不工作。

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

110kV線路c相斷線時(shí)變電站主變壓器10kV側(cè)電流和10kV母線電壓數(shù)據(jù)見表(1)。

表(1)110千伏線路丙相斷線時(shí)主變壓器10kV側(cè)電流和10kV母線電壓數(shù)據(jù)

時(shí)間

主變壓器10kV電流(a)

10kV母線電壓(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(shù)據(jù)來自SCADA系統(tǒng)，采樣周期為5分鐘。

分析表(1)數(shù)據(jù)具有以下特征：

1)當(dāng)1)110千伏線路c相斷線時(shí)，主變壓器10kV側(cè)的b、c相電流約為a相的一半.

2)10kv母線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)特性類似于10kV電壓諧振。

3)3)10kV母線零序電壓小幅上升。這個(gè)特點(diǎn)類似于10kV單相接地。

在一般的出版物和教科書中，對系統(tǒng)缺相運(yùn)行的分析只到達(dá)終端的高壓側(cè)，而沒有連續(xù)分析終端低壓母線的電壓和電流特性。 #p#分頁標(biāo)題#e#

為了解釋上述10kV側(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象的原因，通過建立電網(wǎng)模型，采用三序分量法分析計(jì)算低壓母線的電壓和電流特性。

3.模型和參數(shù)

2.1型號

分析模型的建立如圖(1)所示。

大電網(wǎng)系統(tǒng)以電源g為代表，通過d、yn11連接干式變壓器和一次110千伏線路向接線組為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，F(xiàn)2為終端變電站10kV母線。

用系統(tǒng)的三個(gè)序參量X(1)、X(2)、X(0)表示，F(xiàn)2母線上的負(fù)荷用阻抗XD表示。

斷裂點(diǎn)在110千伏線路上是A相，斷口兩端標(biāo)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)。可以認(rèn)為斷開前q、k點(diǎn)之間的阻抗Zqk0為0。

圖(1)1)110千伏線路單相斷線系統(tǒng)模型

2.2順序網(wǎng)絡(luò)圖

根據(jù)李光奇-《電力系統(tǒng)暫態(tài)分析》，結(jié)合圖(1)，利用三階分量法將模型轉(zhuǎn)化為圖(2)所示的有序網(wǎng)絡(luò)圖。因?yàn)?

（X1 X2 X3 X4 XD）=jX，零序阻抗為Z（0）=∞。

下面將通過計(jì)算流過故障線路的三序電流、斷口間電壓來計(jì)算終端變電所110kV母線的三序電壓、三序電流，繼而計(jì)算出終端變電所10kV母線的三序電壓、三序電流。

圖（2）序網(wǎng)圖

4.流過故障線路的電流計(jì)算

1）從圖（2）可以計(jì)算流過故障線路的三序電流為

---------------①

2）從而流過故障線路的三相電流為

--------------②

3）線路正常運(yùn)行中電流

正常運(yùn)行中三相電流大小為E/X。

4）因此，110kV線路單相斷線后，終端110kV干式變壓器高壓側(cè)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(jì)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母線電壓的計(jì)算

6.1110kV母線三序電壓

根據(jù)圖（2）和式①、③，計(jì)算F1母線三序電壓為

------------⑤

因此，110kV線路單相斷線后，終端110kV變電所110V母線出現(xiàn)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母線三相電壓

根據(jù)式⑤，F(xiàn)1母線三相電壓為

-------⑥

7.10kV母線電壓的分析計(jì)算

分析了110kV母線電壓特征后，依據(jù)干式變壓器接線組別，下面對F2母線（10kV母線）的電壓特征進(jìn)行分析計(jì)算。

7.1110kV母線三相電壓近似值

一般情況下，X4 XD≈X，于是有

-------------⑦

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

7.2110kV母線、10kV母線三序電壓關(guān)系

7.2.1110kV母線、10kV母線正序電壓、負(fù)序電壓關(guān)系

由于干式變壓器為Y/Δ，d11接線，所以F2母線正序電壓超前F1母線正序電壓30度，F(xiàn)2母線負(fù)序電壓滯后F1母線負(fù)序電壓30度，表示如下。#p#分頁標(biāo)題#e#

------------⑧

7.2.210kV母線零序電壓的分析計(jì)算

1）10kV母線零序電壓的產(chǎn)生原因

由于干式變壓器110kV側(cè)中性點(diǎn)不接地，零序阻抗∞，零序電流為0，110kV側(cè)零序電壓通過高低壓繞組間電容和低壓側(cè)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(cè)，使10kV側(cè)三相出現(xiàn)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母線零序電壓較大值情況

為分析低壓側(cè)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(cè)線路單相斷線時(shí)，計(jì)算低壓母線零序電壓。

調(diào)查SZ9-40000/110干式變壓器的電容參數(shù)為：C12≈4000PF，3C0≈12000PF。

根據(jù)圖（3），有

。-----------⑨

因此，干式變壓器空載或帶較短線路運(yùn)行時(shí)，干式變壓器高壓側(cè)線路發(fā)生單相斷線故障后，低壓側(cè)產(chǎn)生較高零序電壓，會導(dǎo)致低壓側(cè)單相接地告警裝置動作發(fā)信，誤導(dǎo)運(yùn)行監(jiān)控人員。

3）10kV母線零序電壓一般情況

調(diào)查有關(guān)線路資料后，得到以下參數(shù)：

1）1公里10kV無架空地線單回線路3C0≈7000PF，

2）1公里10kV電纜線路3C0≈280000PF。

以SZ9-40000/110干式變壓器10kV側(cè)有10公里無架空地線單回線路負(fù)荷為例計(jì)算。C12≈4000PF，3C0≈82000PF，有

。------------⑩

所以，一般情況下，干式變壓器低壓有負(fù)載線路時(shí)，高壓側(cè)單相斷線時(shí)，由于3C0較大，低壓側(cè)零序傳遞電壓較小，小于0.25E。不會引起10kV側(cè)單相接地告警裝置動作發(fā)信。

6.3分析在該情況下進(jìn)行。

7.310kV母線三相電壓向量分析

結(jié)合7.2.1和7.2.2的分析，對10kV側(cè)三相電壓向量分析如圖（4）、圖（5）、圖（6）。

低壓側(cè)零序傳遞電壓取0.25E。

1）10kV側(cè)A相電壓

如圖（4），干式變壓器110kV側(cè)線路發(fā)生A相斷線故障后，10kV側(cè)母線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(cè)A相電壓

2）10kV側(cè)B相電壓

如圖（5），干式變壓器110kV側(cè)線路發(fā)生A相斷線故障后，10kV側(cè)母線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(cè)B相電壓

3）低壓側(cè)C相電壓

如圖（6），干式變壓器110kV側(cè)線路發(fā)生A相斷線故障后，10kV側(cè)母線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(cè)C相電壓

8.10kV母線電壓的分析計(jì)算結(jié)論

根據(jù)以上分析，一般情況下，110kV線路單相斷線時(shí)，終端110kV變電所的10kV母線電壓特征為：

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(yùn)行電壓略高。#p#分頁標(biāo)題#e#

2）10kV母線有零序電壓產(chǎn)生。大小隨10kV運(yùn)行線路長度而變化。

3）10kV母線有負(fù)序電壓產(chǎn)生。

9.10kV母線電流的分析計(jì)算

9.1根據(jù)“4.流過故障線路的電流計(jì)算”，110kV線路A相斷線時(shí)，110kV線路電流為

------------⑾

9.2由于干式變壓器為Y/Δ，d11接線，所以10kV母線A相三序電流為

-------------⑿

9.310kV母線三相電流為

-------------⒀

9.4正常運(yùn)行中10kV母線三相電流大小為E/X=i

10.10kV母線電流的分析計(jì)算結(jié)論

根據(jù)（13）式可知，110kV線路單相斷線時(shí)，終端變電所的10kV母線電流特征為“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(fù)序分量。

11.結(jié)論

110kV線路A相斷線時(shí)，終端接線組別為YN，d11的110kV干式變壓器不接地運(yùn)行，終端變

電所110kV干式變壓器的運(yùn)行特征如下。

1）10kV母線的電壓和電流特征

如表（2），設(shè)正常運(yùn)行中10kV母線相電壓為U，相電流為i。

110kV斷線相

10kV母線電壓

10kV母線電流

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線路上A相斷線時(shí)主變10kV側(cè)電流和10kV母線電壓特征

2）干式變壓器空載或帶較短線路運(yùn)行時(shí)，干式變壓器高壓側(cè)線路發(fā)生單相斷線故障后，低壓側(cè)產(chǎn)生較高零序電壓，會導(dǎo)致低壓側(cè)單相接地告警裝置動作發(fā)信，誤導(dǎo)運(yùn)行監(jiān)控人員。運(yùn)行監(jiān)控人員人員需要綜合考慮低壓10kV側(cè)電流和10kV母線電壓特征，判斷是否為110kV線路單相斷線。

3）終端干式變壓器低壓側(cè)有負(fù)序電壓、負(fù)序電流產(chǎn)生，負(fù)序電壓、負(fù)序電流影響低壓側(cè)用戶電動機(jī)的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)燒毀電動機(jī)線圈，所以需要及時(shí)把110kV故障線路斷開。

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

5）110V母線出現(xiàn)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。