110千伏干式變壓器斷相運行分析

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

關鍵詞：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

中性點不接地時，110千伏單相線路斷線時線路保護和干式變壓器保護不動作，但10kV側電壓和電流異常，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，及時隔離故障，為繼電保護人員對110千伏終端變電站進行保護整定提供依據。

2.運行示例

2005年8月6日中午11點左右，我局某110kV變電站110kV線路C相斷線，線路兩側相關設備繼電保護不工作。

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

110kV線路c相斷線時變電站主變壓器10kV側電流和10kV母線電壓數據見表(1)。

表(1)110千伏線路丙相斷線時主變壓器10kV側電流和10kV母線電壓數據

時間

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)中的數據來自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)110千伏線路c相斷線時，主變壓器10kV側的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。這個特點類似于10kV單相接地。

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

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

3.模型和參數

2.1型號

分析模型的建立如圖(1)所示。

大電網系統以電源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，F2為終端變電站10kV母線。

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

斷裂點在110千伏線路上是A相，斷口兩端標有Q和K，斷口兩端Q和K的距離比較近(符合實踐中的一般情況)。可以認為斷開前q、k點之間的阻抗Zqk0為0。

圖(1)1)110千伏線路單相斷線系統模型

2.2順序網絡圖

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

（X1 X2 X3 X4 XD）=jX，零序阻抗為Z（0）=∞。

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

圖（2）序網圖

4.流過故障線路的電流計算

1）從圖（2）可以計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）線路正常運行中電流

正常運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干式變壓器高壓側健全兩相電流方向相反且比正常時略小。

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母線電壓的計算

6.1110kV母線三序電壓

根據圖（2）和式①、③，計算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干式變壓器中性點對地電壓為E/2，約為31.75kV。

6.2110kV母線三相電壓

根據式⑤，F1母線三相電壓為

-------⑥

7.10kV母線電壓的分析計算

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

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，斷線相電壓降為正常值的一半。后續計算以該近似進行。

7.2110kV母線、10kV母線三序電壓關系

7.2.1110kV母線、10kV母線正序電壓、負序電壓關系

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，F2母線負序電壓滯后F1母線負序電壓30度，表示如下。#p#分頁標題#e#

------------⑧

7.2.210kV母線零序電壓的分析計算

1）10kV母線零序電壓的產生原因

由于干式變壓器110kV側中性點不接地，零序阻抗∞，零序電流為0，110kV側零序電壓通過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，發生高壓側線路單相斷線時，計算低壓母線零序電壓。

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路運行時，干式變壓器高壓側線路發生單相斷線故障后，低壓側產生較高零序電壓，會導致低壓側單相接地告警裝置動作發信，誤導運行監控人員。

3）10kV母線零序電壓一般情況

調查有關線路資料后，得到以下參數：

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側有10公里無架空地線單回線路負荷為例計算。C12≈4000PF，3C0≈82000PF，有

。------------⑩

所以，一般情況下，干式變壓器低壓有負載線路時，高壓側單相斷線時，由于3C0較大，低壓側零序傳遞電壓較小，小于0.25E。不會引起10kV側單相接地告警裝置動作發信。

6.3分析在該情況下進行。

7.310kV母線三相電壓向量分析

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側線路發生A相斷線故障后，10kV側母線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A相電壓

2）10kV側B相電壓

如圖（5），干式變壓器110kV側線路發生A相斷線故障后，10kV側母線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B相電壓

3）低壓側C相電壓

如圖（6），干式變壓器110kV側線路發生A相斷線故障后，10kV側母線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C相電壓

8.10kV母線電壓的分析計算結論

根據以上分析，一般情況下，110kV線路單相斷線時，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，比正常運行電壓略高。#p#分頁標題#e#

2）10kV母線有零序電壓產生。大小隨10kV運行線路長度而變化。

3）10kV母線有負序電壓產生。

9.10kV母線電流的分析計算

9.1根據“4.流過故障線路的電流計算”，110kV線路A相斷線時，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母線電流的分析計算結論

根據（13）式可知，110kV線路單相斷線時，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”。電流包含負序分量。

11.結論

110kV線路A相斷線時，終端接線組別為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母線的電壓和電流特征

如表（2），設正常運行中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相斷線時主變10kV側電流和10kV母線電壓特征

2）干式變壓器空載或帶較短線路運行時，干式變壓器高壓側線路發生單相斷線故障后，低壓側產生較高零序電壓，會導致低壓側單相接地告警裝置動作發信，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有負序電壓、負序電流產生，負序電壓、負序電流影響低壓側用戶電動機的運行，嚴重時燒毀電動機線圈，所以需要及時把110kV故障線路斷開。

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略小，斷線相電流為0。

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