220 kV變壓器中性點(diǎn)接地方式對(duì)零序電壓的影響

李 爽，田慶陽，李鵬里，金 鑫

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

220 kV變壓器中性點(diǎn)接地方式對(duì)零序電壓的影響

李 爽1，田慶陽2，李鵬里1，金 鑫1

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

為分析在變壓器高壓側(cè)出口發(fā)生單相短路條件下變壓器運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)中性點(diǎn)零序電壓的影響，利用對(duì)稱分量法和序網(wǎng)絡(luò)法建立了系統(tǒng)的三序網(wǎng)絡(luò)模型，針對(duì)2臺(tái)變壓器低壓側(cè)并列運(yùn)行和分列運(yùn)行兩種情況，研究了系統(tǒng)負(fù)荷對(duì)零序電壓的影響，通過實(shí)例驗(yàn)證了分析的有效性。研究表明，系統(tǒng)零序電壓與變壓器運(yùn)行方式和負(fù)荷綜合作用有關(guān)。

零序電壓;并列運(yùn)行;分列運(yùn)行;單相短路;中性點(diǎn)不接地;序網(wǎng)絡(luò)

在220 kV及以上變電站中，根據(jù)調(diào)度運(yùn)行的需要，如果2臺(tái)變壓器同時(shí)投入運(yùn)行，一般采用1臺(tái)變壓器中性點(diǎn)直接接地，另1臺(tái)變壓器中性點(diǎn)間隙接地，即不接地的運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)高壓側(cè)發(fā)生單相短路時(shí)，中性點(diǎn)間隙接地變壓器的零序電壓相應(yīng)抬高［1-5］，其抬高的程度與變壓器低壓側(cè)的運(yùn)行方式和所帶負(fù)荷大小有關(guān)。

本文以某220 kV變電站為例，根據(jù)變壓器低壓側(cè)并列運(yùn)行和分列運(yùn)行兩種方式，利用對(duì)稱分量法和序網(wǎng)絡(luò)法推導(dǎo)出了單相短路情況下變壓器間隙接地時(shí)的零序電壓［6-8］，討論了負(fù)荷大小對(duì)零序電壓的影響，并通過實(shí)例對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 原理

圖1 變壓器運(yùn)行方式

系統(tǒng)中2臺(tái)變壓器的運(yùn)行方式如圖1所示，T1、T2為2臺(tái)主變壓器，T1為直接接地，T2為間隙接地，2臺(tái)變壓器所有參數(shù)相同。假設(shè)兩種運(yùn)行情況所帶的負(fù)荷相同。對(duì)圖1(a)進(jìn)行系統(tǒng)等效 (如圖2所示)。圖中，x11為高壓系統(tǒng)正序等效電抗、x21為2號(hào)主變所帶負(fù)荷正序等效電抗、x31為1號(hào)主變所帶負(fù)荷正序等效電抗、xT11為1號(hào)主變壓器正序等效電抗、xT21為2號(hào)主變正序等效電抗，令xT21=xT11=xT。U為電源側(cè)等效次暫態(tài)電勢(shì)，E1、E2分別為負(fù)荷側(cè)次暫態(tài)電勢(shì)，U1為短路點(diǎn)的正序電壓。

則正序等效電抗為

式 (11)說明，如果2臺(tái)變壓器帶相同負(fù)荷，其低壓側(cè)在并列運(yùn)行和分列運(yùn)行時(shí)零序電壓相等，模型等效。如果2臺(tái)變壓器所帶負(fù)荷大小不等，則分列運(yùn)行比并列運(yùn)行零序電壓高。

2 計(jì)算與分析

以圖1所示的2種運(yùn)行工況為例，變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)Uk%=12.8，容量為120 MVA，T1的連接組別為YND11，T2的連接組別為YD11，系統(tǒng)高壓側(cè)的短路容量為18 000 MVA。

圖2 并列運(yùn)行時(shí)三序網(wǎng)絡(luò)

圖3 分列運(yùn)行時(shí)三序網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算時(shí)取基準(zhǔn)功率Sd=100 MVA，基準(zhǔn)電壓Ud=Uav，變壓器零序電抗與正序電抗的比為1.5。分別計(jì)算負(fù)荷1:x2=0.4，x3=0.5;負(fù)荷2:x2=x3=0.7;負(fù)荷 3:x2=0.8，x3=0.6。對(duì)中性點(diǎn)不接地變壓器零序電壓的影響，計(jì)算結(jié)果如表1所示。圖4、圖5分別給出了變壓器2種運(yùn)行方式下，高壓出口側(cè)單相短路時(shí)的暫態(tài)電流波形。設(shè)在0時(shí)刻短路，0.5 s后短路消失，計(jì)算時(shí)間為3 s。由圖4、圖5可見，短路電流穩(wěn)態(tài)后，其值與表1的計(jì)算結(jié)果接近，說明分析方法有效。

表1 不同負(fù)荷時(shí)對(duì)零序電壓的影響 p.u

圖4 并列運(yùn)行時(shí)的短路電流波形

圖5 分列運(yùn)行時(shí)的短路電流波形

滿負(fù)荷下，零序電壓可達(dá)1.735 p.u，空載情況下，零序電壓為1.714 p.u。對(duì)于220 kV變壓器而言，如果中性點(diǎn)不接地，中性點(diǎn)的工頻耐受電壓為200 kV。表1的數(shù)據(jù)表明，如果中性點(diǎn)不接地，在變壓器高壓出口處發(fā)生單相短路時(shí)，其中性點(diǎn)零序電壓在線電壓范圍，超過了設(shè)計(jì)的絕緣耐受電壓200 kV，將造成絕緣擊穿。

3 中性點(diǎn)接地方式對(duì)零序電壓的限制

以圖1所示系統(tǒng)為例，變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)Uk%=12.8，容量為120 MVA。為方便起見，計(jì)算時(shí)忽略負(fù)荷，短路點(diǎn)為變壓器高壓出口側(cè)。假設(shè)A相發(fā)生短路，短路時(shí)刻為0。變壓器T2的中性點(diǎn)接地方式分別為不接地、直接接地和經(jīng)10 Ω小電抗接地情況，零序電壓的限制效果如表2所示。圖6為變壓器中性點(diǎn)接10 Ω小電抗時(shí)的短路電流波形。

表2 中性點(diǎn)接地方式對(duì)零序電壓的限制效果

圖6 中性點(diǎn)接小電抗時(shí)的短路電流波形

由表2可見，若變壓器中性點(diǎn)直接接地，對(duì)零序電壓具有很好的限制效果。不接地時(shí)最危險(xiǎn)，容易對(duì)中性點(diǎn)的絕緣造成損害。中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地可以限制零序電壓水平［9-10］，計(jì)算表明，阻抗值越小抑制效果越好。中性點(diǎn)接小電抗還可以補(bǔ)償系統(tǒng)的零序電容，減小短路電流。

在實(shí)際的電力系統(tǒng)運(yùn)行中，變壓器中性點(diǎn)接地方式要根據(jù)當(dāng)時(shí)的運(yùn)行工況和繼電保護(hù)情況而定。

4 結(jié)論

a. 系統(tǒng)零序電壓與變壓器的運(yùn)行方式和負(fù)荷的綜合作用有關(guān)。

b. 2臺(tái)變壓器帶相同負(fù)荷時(shí)，其低壓側(cè)在并列運(yùn)行和分列運(yùn)行時(shí)零序電壓相等，模型等效。如果所帶負(fù)荷大小不同，分列運(yùn)行比并列運(yùn)行時(shí)零序電壓高。

c. 變壓器中性點(diǎn)直接接地對(duì)零序電壓具有很好的限制效果;中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地可以限制零序電壓水平;不接地時(shí)最危險(xiǎn)，容易對(duì)中性點(diǎn)絕緣造成損害。

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Impact of 220 kV Transformer Neutral Point Grounding Modes on Zero Sequence Voltage

LI Shuang1，TIAN Qing-yang2，LI Peng-li1，JIN Xin1
(1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China 2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

To analysis the affection dergree of transfomrer operation modes on zero sequence voltage on condition of single phase short cirucuit at the high viltage terminal of the transformer，a three sequence networks model is established by means of sysmmetrical component method and sequence networks.The impact of load on zero sequence voltage is researched based on operation modes of the two transformers whose low voltage terminals are connected in parallel and independent，the validity is verified through an example.The results demonstrate that the zero sequence voltage is relative to the operation modes of the transformer and load.The zero sequence voltage when operating in parallel is equal to that of operating independent and the sequence networks are equivalent if the two loads are the same，otherwise，zero sequence voltage when operating independent is little higher than that of operating in parallel.Besides that，there is an excellent suppression effect on zero sequence voltage if the neutral point of the transformer is grounded directly，the zero sequence voltage is the highest if neutral point ungrounded which would likely have a damage to the insulation of netural point，the neutral point connected with a small reactance can also restrain the amplitude of the zero sequence voltage.

Zero sequence voltage;Operating in parallel;Operating independent;Single phase short circuit;Transformer;Netral point ungrounded;Sequence network

TM862;TM406

A

1004-7913(2014)03-0031-03

李 爽 (1985—)，男，碩士，工程師，現(xiàn)從事電力系統(tǒng)過電壓與暫態(tài)分析研究工作。

2013-12-20)