鋁業變直降式自耦調壓變壓器零序電流保護分析

陶 冶，田鵬飛

（國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

鋁業變直降式自耦調壓變壓器零序電流保護分析

陶 冶，田鵬飛

（國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

忠旺鋁業一期工程是遼寧電網大型用戶工程，變電站共設7臺13萬kVA調壓整流變，是遼寧省電力公司首個針對電解行業的220 kV接入工程。由于電解鋁采用串聯低壓大電流電解槽，故站內主要設備調壓整流變結構特殊，在中壓側而不是高壓側進行調壓且調壓范圍較大，其相應的零序電流保護亦呈現出一定的特殊性，因此以500 kV系統聯變零序電流計算為基礎，對調壓變各種故障情況下的零序電流進行分析，并嘗試給出保護整定方案。

調壓；自耦變；中性點；零序電流

1 鋁業變概況

遼寧電網220 kV鋁業變通過2回線路渤鋁1、2號線接入渤海變。一次接線如圖1所示。

圖1 鋁業變一次接線圖

鋁業變母線接線為雙母線，共7臺調壓整流變、2臺動力變。調壓整流變為調壓變、整流變通過軟連接形成。調壓變為直降式自耦變壓器，接線形式為YNa0／d11，調壓范圍為110～1 100 kV（相電壓）。

2 遼寧電網整定原則

根據遼寧電網整定原則，網側后備保護與變壓器差動保護配合，正常保護范圍不超出變壓器低壓側。由于該工程所采用的直降式自耦調壓變的調壓范圍大，二次側輸出電流變化較大，二次出線由多股銅線編織而成，導致配置TA困難，因此沒有配置變壓器電流差動保護，該變壓器保護采用兩段過電流（可選帶方向）、兩段零序過流（可選帶方向）、中性點零序過流作為變壓器電氣量主保護。

為滿足變壓器保護的速動性，此次整定決定利用高壓側過流保護和高壓側零序過流保護為調壓變中壓側出口故障有靈敏度的快速保護。根據故障類型，分別計算過流、零序過流保護。

3 調壓變參數

調壓變采用粗、細調繞組兩級調壓方式。粗調繞組與高壓繞組為自耦形式，細調繞組獨立纏繞在鐵芯上，該結構使變壓器各項參數與傳統的220 kV系統降壓變有較大不同。

變壓器充油后，1號調壓變正序參數如圖2所示，零序參數如圖3所示。

圖2 調壓變正序參數

圖3 調壓變零序參數

由圖2、圖3可以看出，調壓變正、零序參數均隨調壓變二次粗、細調檔位變化而變化。調壓變為3柱式變壓器，其正序和零序參數也有較大不同。通過圖1、圖2可以看出，兩者在高分接時形狀較為吻合，與實際運行經驗相符。兩者的不同在調壓變處于低分接時，尤其是粗調繞組用盡時，兩者呈現較大背離［1］。

4 故障電流計算

系統計算方式如表1所示。

表1 系統計算方式p.u.

大方式：渤海變全方式，渤鋁1、2號線；小方式：渤海變全方式，渤鋁1號線。

4.1 調壓變高壓側接地故障計算

4.1.1 調壓變中性點直接接地高壓側故障

其零序等效電路如圖4所示。其零序電流計算結果如表2所示。

圖4 調壓變中性點直接接地高壓側故障零序等效電路

圖4中：χ0T1＋χ0T3＝70.2 Ω（0.145 p.u.）為系統及線路零序電抗；χ0TP＝134 Ω（0.277 p.u.）為動力變零序電抗。

表2 調壓變中性點直接接地高壓側故障零序電流計算結果

計算過程與系統正常變壓器高壓側故障相同，由于變壓器中壓側零序等值為開路，支路沒有電流流過，因此結果不隨中壓側分接頭位置變化而變化。由于調壓變中壓側開路，調壓變高壓側零序電流與中性點零序電流實際上為同一電流（I0T1）［2］。

4.1.2 調壓變中性點不接地高壓側故障

當調壓變中性點不接地時，若高壓側發生故障，由于中壓側沒有零序通路，等效諧振三角形自身形成對地并聯諧振，即對地電抗無窮大，調壓變高壓側與中性點均不會流過零序電流。

4.2 調壓變中壓側接地故障計算

4.2.1 調壓變中性點接地中壓側故障

其零序等效電路如圖5所示。

圖5 調壓變中性點接地中壓側故障零序等效電路

圖5中：χ0T1＋χ0T3＝70.2 Ω（0.145 p.u.）；χ0TP＝134 Ω（0.277 p.u.）。

調壓變中性點接地中壓側故障高壓側零序電流如圖6所示，中性點零序電流如圖7所示。

圖6 調壓變中性點接地中壓側故障高壓側零序電流

圖7 調壓變中性點接地中壓側故障中性點零序電流

由圖6、圖7可以看出，中壓側軟連接處發生故障時，調壓變高壓側零序電流隨分接頭下降而下降，中性點零序電流則呈現出相反特性［3］。如果適當設置高壓及中性點零序方向過流定值，即高分接頭時保證高壓零序有靈敏度，低分接頭時中性點零序保護有靈敏度，則可保證在任何分接頭狀態下中壓側故障零序過流保護有靈敏度。

4.2.2 調壓變中性點不接地中壓側故障

因為鋁廠側沒有低壓電源，故220 kV側故障不會導致由中壓側向高壓側的故障電流。但因為3繞組自耦變的特性，中壓側發生故障時，雖然中性點不接地不會有零序電流流過，但仍會有由高壓側流向變壓器本體的零序電流［4］。調壓變中性點不接地中壓側故障等效電路如圖8所示。

圖8 調壓變中性點不接地中壓側故障等效電路

圖8中：

其中k12為調壓變高壓對中壓側變比。

各分接頭下調壓變中性點不接地中壓側故障高壓側零序電流如圖9所示。

圖9 各分接頭下調壓變中性點不接地中壓側故障高壓側零序電流

由圖9可以看出，調壓變中性點不接地情況下，中壓側發生單相接地故障，調壓變高壓側仍有較大的零序電流流過，這意味著在調壓變中性點不接地運行的情況下，通過在調壓變高壓側設置零序方向過流保護可以在絕大部分分接頭下對調壓變中壓側接地故障進行保護［5］。

5 結束語

與常見的220 kV變電站不同，鋁業變共有7臺直降式自耦調壓變為忠旺鋁廠提供電力。而該調壓變為直降式自耦變壓器，在投退過程中均需接地［6］，同時本體因為中壓側電壓直降式調節及額定電流過大沒有配備變壓器差動保護，對接地故障的保護提出了新的要求。針對以上情況，分3種情況對不同的故障點及保護安裝處分別進行計算，并結合調壓變低壓側沒有零序通路的特點對調壓變的高壓、中性點零序過流保護進行了配置。該整定方法可做到調壓變中性點接地時全部分接頭調壓變高壓、中性點零序過流對高壓側、中壓側接地故障有靈敏度；在調壓變中性點不接地情況下，調壓變高壓側零序過流保護在大多數高分接頭情況下對調壓變高壓側、中壓側接地故障有靈敏度。該整定方案最大限度保證了調壓變在沒有電氣量差動保護的情況下，對接地故障有較好的靈敏度和較快的動作時間。

［1］ 顏麗娟，楊淑英，倪臘琴，等.500kV中性點經小電抗接地自耦變壓器后備保護整定計算的研究［J］.電力系統保護與控制，2012，40（2）：77-81，87.

［2］ 王 磊，徐丙華.華東電網500 kV自耦變壓器中性點小電抗接地應用的研究［J］.變壓器，2010，47（5）：53-56.

［3］ DL／T 559—2007，220 kV～750 kV電網繼電保護裝置運行整定規程［S］.

［4］ 張延鵬.東北電網500 kV線路零序反時限保護應用研究［J］.東北電力技術，2010，31（5）：18-20.

［5］ 張延鵬.廣域控制和后備保護應用［J］.東北電力技術，2011，32（7）：49-50.

［6］ 袁進禹.110 kV直降式自耦調壓變壓器在鋁電解整流電源中的應用［J］.輕金屬，1998，35（12）：44-50.

Analysis on Zero-sequence Current Protection of Direct step?down Auto?transformer in Aluminium Industry

TAO Ye，TIAN Peng?fei
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Phase?1 project of Zhongwang aluminum?refinery substation is a large?scale customer project of Liaoning power grid.The substation which is the first 220 kV project of electrolysis industry in Liaoning province is composed of 7 transformers with 130 MVA. Electrolytic aluminium use series circuits low?voltage high?current electrolytic tank，regulating rectifier transformers has special struc?ture，voltage regulation is at the middle?pressure side and regulation range is wide，zero?sequence current protection has its unique characteristics.Zero?sequence current is analyzed under various conditions based on the configuration of 500 kV?220 kV transformer and protection measure is proposed in this paper.

Voltage regulation；Auto?transformer；Neutral point；Zero?sequence current

TM411.3

A

1004-7913（2015）06-0051-03

陶 冶（1984—），男，碩士，工程師，從事繼電保護與智能電網研究工作。

2015-04-20）