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    110 220 KV 变压器 中性 点经小 电抗 接地
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    摘要
    申请专利号:

    CN201110259939.6

    申请日:

    2011.09.05

    公开号:

    CN102361321A

    公开日:

    2012.02.22

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):H02H 9/04申请日:20110905授权公告日:20130213终止日期:20150905|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02H 9/04申请日:20110905|||公开
    IPC分类号: H02H9/04; H02H9/08; G06F17/50 主分类号: H02H9/04
    申请人: 四川省电力公司资阳公司
    发明人: 张星海; 张苏川; 甄威; 欧居勇; 廖文礼; 王祥东; 徐斌
    地址: 641300 四川省资阳市雁江区车城大道三段456号
    优先权:
    专利代理机构: 四川省成都市天策商标专利事务所 51213 代理人: 刘兴亮
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201110259939.6

    授权公告号:

    |||102361321B||||||

    法律状态公告日:

    2016.10.26|||2013.02.13|||2012.04.04|||2012.02.22

    法律状态类型:

    专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及变压器中性点经小电抗接地的方法,基于RTDS的动模实时仿真技术,计算110/220kV变压器经小电抗接地后中性点最高过电压及小电抗的限流能力;综合研究变压器中性点经小电抗接地后中性点电流、电压的影响因素;以及接小电抗阻值的选取方法、实现该方法的理论研究及实际应用。

    权利要求书

    1: 一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其特征在于包括母线, 连接于母线 同时并联设置的 n 个变压器 (n ≥ 2), 每个变压器通过与其中性点连接的小电抗接地, 每个 小电抗设置有与其并联的开关, 该开关闭合时变压器中性点通过开关直接接地。
    2: 如权利要求 1 所述的一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其中小电抗 阻值满足约束条件 : 值; Xto : 变压器零序电抗值。
    3: 如权利要求 1 所述的一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其中所述的小 电抗的阻值为 16.01Ω, 单相接地故障时, 电抗短时热稳定电流为 1.28kA, 时间为 2s, 动稳 定电电流为 3.27kA, 稳态电压 20.9kV。
    4: 如权利要求 1 所述的一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其特征还在于 : 所述的变压器为两圈或三圈变压器。
    5: 一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 包括 : 设置母线, 将并联设置的 n 个变压器 (n ≥ 2) 连接于母线, 通过多个小电抗与每个变压 器中性点连接接地, 每个小电抗设置有与其并联的开关, 该开关闭合时变压器中性点通过 开关直接接地, 其特征在于 : 计算中性点电抗器电流、 电压时, 变压器中性点电抗器的电抗 值: 满足约束条件 : 得: 得: 式中 Xz : 变压器中性点电抗器的电抗 式中 : Xz : 变压器中性点电抗器的电抗值 ; Xto : 变压器零序电抗值。 6. 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 母线系统侧零序电抗与正序电抗之比 : Xo/X1 = 3。 7. 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 所述母线短路容量为 9000MVA 或 4000MVA。 8. 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 所述所述的小电抗的阻值为 16.01Ω。 9. 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 采用 RTDS 动模实时仿真软件分析计算变压器经小电抗接地后中性点最高 过电压与小电抗限流能力。 10. 如权利要求 7 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 包括计算变压器直接接地和经由小电抗接地时的系统侧零序阻抗和低压 侧电源电压。
    6: 01Ω, 单相接地故障时, 电抗短时热稳定电流为 1.28kA, 时间为 2s, 动稳 定电电流为 3.27kA, 稳态电压 20.9kV。 4. 如权利要求 1 所述的一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其特征还在于 : 所述的变压器为两圈或三圈变压器。 5. 一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 包括 : 设置母线, 将并联设置的 n 个变压器 (n ≥ 2) 连接于母线, 通过多个小电抗与每个变压 器中性点连接接地, 每个小电抗设置有与其并联的开关, 该开关闭合时变压器中性点通过 开关直接接地, 其特征在于 : 计算中性点电抗器电流、 电压时, 变压器中性点电抗器的电抗 值: 满足约束条件 : 得: 得: 式中 Xz : 变压器中性点电抗器的电抗 式中 : Xz : 变压器中性点电抗器的电抗值 ; Xto : 变压器零序电抗值。 6. 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 母线系统侧零序电抗与正序电抗之比 : Xo/X1 = 3。
    7: 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 所述母线短路容量为 9000MVA 或 4000MVA。
    8: 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 所述所述的小电抗的阻值为 16.01Ω。
    9: 如权利要求 3 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 采用 RTDS 动模实时仿真软件分析计算变压器经小电抗接地后中性点最高 过电压与小电抗限流能力。
    10: 如权利要求 7 所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方 法, 其特征在于 : 包括计算变压器直接接地和经由小电抗接地时的系统侧零序阻抗和低压 侧电源电压。

    说明书


    110/220kV 变压器中性点经小电抗接地

        技术领域 本发明涉及变压器中性点经小电抗接地的方法, 基于 RTDS 的动模实时仿真技术, 计算 110kV/220kV 变压器经小电抗接地后中性点最高过电压及小电抗的限流能力 ; 综合研 究变压器中性点经小电抗接地后中性点电流、 电压的影响因素 ; 以及接小电抗阻值的选取 方法、 实现该方法的理论研究及实际应用
         背景技术 目前我国 110kV/220kV 电网大都采用部分变压器中性点接地的方式。该接地方式 带来的问题是 : 在一个局部区域一旦中性点直接接地变压器因故退出运行, 将使局部地区 变成为中性点不接地系统。由于 110kV/220kV 系统设备绝缘是按照直接接地系统设计, 这 些设备将因失去有效接地而面临过电压危险。
         局部电网失地后再故障, 可能使失去有效接地的变压器中性点电压及相电压升高 到危险程度。为避免变压器失地带来的工频过电压危及设备安全, 部分接地运行的电网, 其变压器中性点按半绝缘设计, 并在变压器中性点安装避雷器和间隙?;?。当局部系统失 地后, 中性点避雷器、 放电间隙与变压器中性点绝缘水平配合, 使失地系统在接地故障期间 恢复有效接地状态, 并实现对不接地变压器中性点的雷电冲击与工频过电压?;?。 但是, 当 110kV 部分接地变压器 “失地” 后, 为实现 “接地变压器跳开导致系统失地后, 在系统允许的 最低运行电压下发生接地故障时, 间隙可靠击穿” , 非接地变压器中性点间隙工频击穿电压 瞬时值为 81.11kV ; 为实现 “接地变压器跳开前, 在系统最高运行电压下发生接地故障时, 间隙不误击穿” , 需保证间隙在 99.1kV 瞬态电压作用下不击穿, 两者矛盾。现有的避雷器加 间隙?;さ姆绞讲荒芎芎玫穆憔蹬浜系囊?, 需要以新的方式解决这一问题。
         我国 110kV 及 220kV 系统中性点绝大部分采用有效接地方式, 中性点经小电抗的 接地方式也有一些研究, 但未见基于 RTDS 的动模实时仿真技术, 计算 110kV 变压器经小电 抗接地后中性点最高过电压及小电抗的限流能力 ; 也没有系统地分析变压器中性点经小电 抗接地后中性点电流、 电压的影响因素的研究, 包括 : 电抗值、 并联运行变压器的台数、 母线 短路容量、 系统侧零序阻抗和低压侧电源 ; 也未经过长期的试运行来检验该接地方式的可 靠性。
         发明内容
         为了解决上述弊端, 本发明提供一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其特征在于包括母线, 连接于母线同时并联设置的 n 个变压器 (n ≥ 2), 每个变压器通过与 其中性点连接的小电抗接地, 每个小电抗设置有与其并联的开关, 该开关闭合时变压器中 性点通过开关直接接地, 其中所述的小电抗的阻值 得: 式中 :Xz : 变压器中性点电抗器的电抗值 ; Xto : 变压器零序电抗值。当小电抗为 110kV 系统典型小 电抗时的阻值为 16.01Ω, 单相接地故障时, 电抗短时热稳定电流为 1.28kA, 时间为 2s, 动稳定电电流为 3.27kA, 稳态电压 20.9kV。
         所述的一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其特征还在于 : 所述的变 压器为两圈或三圈变压器。
         同时提供一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 包括 : 设置母线, 将并联设置的 n 个变压器 (n ≥ 2) 连接于母线, 通过多个小电抗与每个变压器中 性点连接接地, 每个小电抗设置有与其并联的开关, 该开关闭合时变压器中性点通过开关 直接接地, 其特征在于 : 计算中性点电抗器电流、 电压时, 变压器中性点电抗器的电抗值 :
         满足约束条件 :得:式中 : Xz : 变压器中性点电抗器的电抗值 ; Xto : 变压器零序电抗值。
         所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 其特征 在于 : 母线系统侧零序电抗与正序电抗之比 : Xo/X1 = 3。所述的一种基于 110/220kV 变 压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 其特征在于 : 所述母线短路容量为 9000MVA 或 4000MVA。所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 其特 征在于 : 所述的小电抗为 110kV 系统典型小电抗时的阻值为 16.01Ω。所述的一种基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 其特征在于 : 采用 RTDS 动模实时仿 真软件分析计算变压器经小电抗接地后中性点最高过电压与小电抗限流能力。 所述的一种 基于 110/220kV 变压器经小电抗接地的动模实时仿真方法, 其特征在于 : 包括计算变压器 直接接地和经由小电抗接地时的系统侧零序阻抗和低压侧电源电压。 附图说明
         图 1 三圈变压器 Xzxd_pu 与中性点电流 Izxd(kA) 关系 图 2 三圈变压器 Xzxd_pu 与中心电压 Uzxd(kV) 关系 图 3 三圈变压器 Xzxd_pu 与电抗器吸收功率 Qzxd 关系 图 4 两圈变压器 Xzxd_pu 与中性点电流 Izxd 关系 图 5 两圈变压器 Xzxd_pu 与中性点电压 Uzxd 关系 图 6 两圈变压器 Xzxd_pu 与电抗器吸收功率 Qzxd 关系 图 71-3 台变压器并联运行时 Xzxd_pu 与 Izxd 关系 图 81-3 台变压器并联运行时 Xzxd_pu 与 Uzxd 关系 图 91-3 台变压器并联时 Xzxd_pu 与 Qzxd 关系 图 10 短路容量为 9000MVA、 2000MVA、 500MVA 时 Xzxd_pu 与 Izxd 关系 图 11 短路容量为 9000MVA、 2000MVA、 500MVA 时 Xzxd_pu 与 Uzxd 关系 图 12 短路容量为 9000MVA、 2000MVA、 500MVA 时 Xzxd_pu 与 Qzxd 关系 图 13 低压侧短路容量 Sd 对 110kV 变压器中性点电流的影响 图 14 短路容量 Sd 对 110kV 变压器中性点电流的影响 图 15 变压器中性点电抗器运行条件仿真接线 图 16n 台变压器并联运行时的等值零序阻抗 图 17 中性点电抗器暂态过电压仿真接线 图 18 变压器中性点电抗器接线方式图图 19 变电站变压器中性点加装电抗器校计算图具体实施方式
         提供一种基于 110/220kV 变压器的小电抗接地模型, 其特征在于包括母线, 连接 于母线同时并联设置的 n 个变压器 (n ≥ 2), 每个变压器通过与其中性点连接的小电抗接 地, 每个小电抗设置有与其并联的开关, 该开关闭合时变压器中性点通过开关直接接地, 按 照国标 GB1094.5--2003 对变压器接入电网条件的规定, 基于 RTDS 的动模实时仿真技术, 计 算 110kV 变压器经小电抗接地后中性点最高过电压及小电抗的限流能力。以三相短路容量 为 9000MVA/126kV 作为考核 110kV 变压器绕组耐受短路冲击的条件。为使中性点电抗器能 在同样条件下安全运行, 中性点电抗器也应具有耐受同样系统条件下短路冲击电动力的能 力及相应的热耐受能力。
         采用仿真方法研究运行条件对流过电抗器电流及承受电压的影响, 确定电抗器运 行条件时遵循了 GB1094.5-2003 对变压器安装母线短路容量的规定, 见表 1。
         用于仿真的 110kV 三绕组变压器参数见表 2。
         用于仿真的 110kV 两绕组变压器参数见表 3。
         分析用仿真系统见图 1。仿真分析中未计及系统参数的阻性分量及变压器空载损 耗、 负载损耗的影响。 根据相关标准规定的条件, 在计算中性点电抗器电流、 电压时, 取母线 M1 系统侧零序电抗与正序电抗之比 : Xo/X1 = 3。
         一、 电抗值变化对中性点电流电压的影响
         本发明应用动模仿真软件 RTDS, 实时研究小电抗值对抑制变压器中性点的短路电 流和削弱中性点过电压的影响, 仿真研究的内容包括 :
         1)110kV/40MVA 三圈变压器近端单相短路时, 不同中性点电抗值下中性点电流 Izxd、 中性点稳态电压 Uzxd、 中性点电抗吸收功率 Qzxd 的变化, 见表 4。
         2)110kV/63MVA 三圈变压器近端单相短路时, 不同中性点电抗值下中性点电流 Izxd、 中性点稳态电压 Uzxd、 中性点电抗吸收功率 Qzxd 的变化, 见表 5。
         3)110kV/10MVA 三圈变压器近端单相短路时, 不同中性点电抗值下中性点电流 Izxd、 中性点稳态电压 Uzxd、 中性点电抗吸收功率 Qzxd 的变化, 见表 6。
         4)110kV/40MVA 两圈变压器近端单相短路时, 不同中性点电抗值下中性点电流 Izxd、 中性点稳态电压 Uzxd、 中性点电抗吸收功率 Qzxd 的变化, 见表 7。
         5)110kV/63MVA 两圈变压器近端单相短路时, 不同中性点电抗值下中性点电流 Izxd、 中性点稳态电压 Uzxd、 中性点电抗吸收功率 Qzxd 的变化, 见表 8。
         6)110kV/10MVA 两圈变压器近端单相短路时, 不同中性点电抗值下中性点电流 Izxd、 中性点稳态电压 Uzxd、 中性点电抗吸收功率 Qzxd 的变化, 见表 9。
         7) 近端单相接地时不同容量三圈变压器中性点电流随中性点电抗值变化的情况 见图 1。
         8) 近端单相接地时不同容量三圈变压器中性点稳态电压随中性点电抗值变化的 情况见图 2。
         9) 近端单相接地时不同容量三圈变压器中性点电抗吸收无功功率随中性点电抗 值变化的情况见图 3。10) 近端单相接地时不同容量两圈变压器中性点电流随中性点电抗值变化的情况见图 4。 11) 近端单相接地时不同容量两圈变压器中性点稳态电压随中性点电抗值变化的 情况见图 5。
         12) 图 6 给出近端单相接地时不同容量两圈变压器中性点电抗吸收无功功率随中 性点电抗值变化的情况, 见图 6。
         二、 改变并联运行变压器台数对中性点电流电压的影响
         本发明研究了改变 110kV 变压器并联运行台数, 对中性点小电抗电流、 电压及电 抗器吸收无功功率的影响, 见表 10 和表 11 ; 变电站并联运行变压器台数为 1-3 台、 每台变 压器中性点电流 Izxd 与小电抗电抗值的关系见图 7 ; 变压器中性点电压 Uzxd 与小电抗的 关系见图 8 ; 变压器中性点电抗器吸收无功 Qzxd 与小电抗的关系见图 9。
         三、 母线短路容量对中性点电抗器电流电压的影响
         本发明应用动模仿真软件 RTDS, 研究母线短路容量对中性点电抗器电流电压的影 响。
         变电站 110kV 母线短路容量为 2000MVA 时, 改变 40MVA 三圈变压器中性点电抗数 值, 小电抗电流、 电压及吸收无功功率变化情况见表 12。
         变电站 110kV 母线短路容量为 500MVA 时, 改变三圈 40MVA 变压器中性点电抗数值 时, 小电抗电流、 电压及吸收无功功率变化情况见表 13。
         变电站 110kV 母线短路容量改变对 40MVA 三圈变压器中性点电抗器电流、 电压及 吸收无功的影响分别见图 10、 图 11、 图 12。
         四、 系统侧零序阻抗对中性点电流电压的影响
         本发明研究了系统侧零序阻抗对中性点电流电压的影响。
         110kV 母 线 三 相 短 路 容 量 为 9000MVA(126kV) 情 况 下, 系 统 侧 X0/X1 比 值 在 1.0-3.5 之间变化时, 直接接地的 40MVA 变压器中性点电流变化情况见图 14。
         系统侧 X0/x1 比值在 1.0-3.5 之间变化时, 经电抗值为的小电抗接地的 40MVA变压器中性点电流、 电压及小电抗吸收无功功率变化情况见图 15。系统侧 X0/X1 比值在 1.0-3.5 之间变化时, 经电抗值为 的小电抗接地的 40MVA 变压器中性点电流、 电压及小电抗吸收无功功率变化情况见图 16。
         110kV 母线三相短路容量为 9000MVA(126kV) 情况下, 系统侧中性点电抗值为
         时, 变压器出口单相接地短路时不同容量变压器中性点电流变化情况见图 17。五、 低压侧电源对中性点电流电压的影响
         一般情况下 110kV 变压器低压侧均为不接地系统。110kV 变压器低压侧可能接入 不同容量电源, 低压侧电源可能对 110kV 变压器中性点电流产生影响。表 18 给出 110kV 变 压器中性点经 小电抗接地、 35kV 侧系统短路容量不同时, 对变压器中性点电流、 电压及电抗器吸收无功的影响。图 13 给出与表 17 对应的图示结果。六、 中性点经小电抗接地时变压器中性点暂态过电压
         本发明还研究了中性点经小电抗接地时变压器中性点暂态过电压。
         用于仿真 110kV 变压器中性点暂态电压的系统见图 15。图 15 中系统侧 110kV 母 线 M2 短路容量为 8000MVA, 母线 M2 系统侧零序电抗、 正序电抗比值 Xs0/Xs1 = 3。
         表 19 给出 L2 为 100km 时, 中性点电抗器暂态过电压峰值与故障初相角的关系。 仿 真结果表明, 中性点暂态电压峰值与故障初相角关系密切, 当故障初相角为 90 度时暂态电 压峰值最大 ; 变压器中性点电抗值越大, 故障期间变压器中性点稳态电压和暂态电压就越 高。
         表 20 给出故障初相角为 90 度时中性点电抗器暂态过电压峰值与变压器中性点电 抗器电抗值的关系。
         表 21、 表 22、 表 23 给出系统电压为 121kV、 线路长度分别为 20km、 40km、 100km 时, 在线路不同位置发生单相接地故障, 保持故障初相角为 90 度, 当 Xz = Xto/3 时 (Xz 是中性 点电抗器电抗值, Xto 是变压器零序电抗值 ) 中性点电抗器暂态电压峰值变化情况。当 Xz = Xto/3 时, 变压器中性点暂态电压峰值的最大值未见超过 53kV 的情况。
         表 24、 表 25、 表 26 给出同样情况下, 当 Xz = 2(Xto)/3 时中性点电抗器暂态电压 峰值变化情况。变压器中性点暂态电压峰值的最大值未见超过 72kV 的情况。
         七、 110kV 变压器中性点电抗器参数选择 跟据本发明的研究, 选择 110kV 变压器中性点电抗器参数时, 遵循以下结论 : 1) 流过中性点电抗器的电流随 Xz 的增加而减小, 当 Xz_pu ≥ 0.7Xt0_pu 时电流减小速 时, 变压器中性点电流降低 50%。合理确定接地变度变慢。当小电抗数值为电器零序电抗, 可在不增加变电站零序电流条件下增加接地变压器数量。
         2) 电抗器承受电压随 Xz 的增加而增大, 当 Xz_pu = 2.0Xt0_pu 时中性点电抗器工频 电压达到 35kV??悸堑?Xo/X1 对系统过电压的影响, 每台变压器中性点电抗器阻抗值不宜 超过 3) 仿真结果表明, 增加接地变压器数量和接地变电站数量必然导致电网接地故障 零序电流增加。当大范围采用变电器经小电抗接地方式时, 须对零序电流变化做细致的规 划计算。
         4) 改变 110kV 系统短路容量对中性点电抗器电流影响大。短路容量越大, 流过中 性点电抗器电流越大。
         5) 系统侧 XS0/XS1 比值对中性点电抗器电流影响大。XS0/XS1 越大则变压器中性点 电抗器电流越大。
         6) 当 110kV 侧三相短路容量取 9000MVA 时, 低压侧电源对中性点电抗器电流影响 较小, 一般情况下可以忽略不计。
         7) 根 据 对 中 性 点 电 抗 器 接 地 故 障 暂 态 电 压 仿 真 结 果, 当中性点电抗值小于
         时, 变压器中性点故障暂态过电压峰值不大。 变压器中性点及中性点电抗器绝缘水 平与中性点避雷器?;に降呐浜喜换岢鱿掷?。
         一般情况下, 当需要在变压器中性点加装电抗器时, 需根据变电站和电网实际情况确定中性点电抗器参数。下面以 “加装中性点电抗器后保持已接地变电站等值零序阻抗 不变” 为目标, 对选择中性点电抗器参数的约束条件作一说明。N 台参数相同的变压器并联 运行时变电站零序阻抗等值电路见图 16。当变电站原有一台变压器中性点直接接地、 且按 照变电站等值零序阻抗不变的原则计算中性点电抗器电抗值时, 可按照式 1 计算变压器中 性点电抗器的电抗值 :
         根据期望得约束条件 :得:
         式中 : Xz : 变压器中性点电抗器的电抗值 ; Xto : 变压器零序电抗值。
         当并联运行变压器台数为 1-4 台时, 中性点电抗器电抗值计算结果见表 27。
         根据规程规定, 为保证接地故障期间变电站及相关线路过电压不超过规定数值, 需使故障点系统侧满足 Xo/X1 ≤ 3。据此, 按 “增加中性点电抗器后保持变电站零序参数不 变” 原则选择电抗器电抗参数, 适用于并联运行变压器台数不超过 3 台的变电站。
         表 28 给出 3 台变压器并联运行的变电站, 将原来的 “1 台变压器直接接地、 另两台 变压器经放电间隙接地” 方式改造成 “3 台变压器分别经中性点电抗器接地” 后, 典型系统 条件 (9000MVA, 126kV, Xso/Xs1 = 3) 下在变压器近端发生单相接地故障时中性点电抗器电 流、 电压仿真结果。
         本发明的仿真结果表明, 采用上述方法确定中性点电抗值, 可以实现不同数量变 压器并联运行中变电站近端发生单相接地故障时, 流入变电站的零序电流不变。表中 Iz_p 是根据式 2 计算的与流过中性点电抗器稳态电流对应的电抗器暂态电流峰值。
         Iz_p = 2.55*Iz_rms
         变电站安装了两台参数相同的 110kV/40MVA 变压器。正常方式下两台变压器并 联运行, 一台变压器中性点直接接地, 另一台变压器中性点经 “放电间隙 + 避雷器” 方式接 地。放电间隙间距 130mm ; #1 变中性点避雷器型号为 y5-41/134W ; #2 变中性点避雷器型号 为 y5CZ4-42/117。现将变压器接地方式改造成两台变压器中性点分别经电抗器接地。
         #2 变压器参数见表 29。遵循 “在两台变压器中性点加装电抗器后, 变电站等值零 序电抗与原来一台变压器直接接地时的零序电抗相同” 的原则选择电抗器参数。根据厂家 提供的参数, 考虑零序磁通磁路影响后 #2 变零序阻抗为 49ohm。
         电抗器接入方案为 : 当变电站仅一台变压器运行时, 该变压器直接接地 ; 当变电 站两台变压器并联运行时, 两台变压器分别经 16.01Ω(Xto/3) 电抗器接地。单相接地 故障时, 电抗器短时热稳定电流及时间为 1.28kA, 2s, 动稳定电电流为 3.27kA, 稳态电压 20.9kV。 110kV 变压器中性点经小电抗接地, 可以大大降低系统接地故障期间变压器中性点 过电压, 有效限制流过变电站的接地故障电流, 从而取消变压器中性点放电间隙, 避免因间 隙误击穿而误切变压器。这种接地方式可以为 110kV/220kV 电网提供可靠接地, 避免局部 电网失地情况发生, 提高了电网运行的安全性和可靠性。 该方案的优点是 : 当变压器运行方 式变化时, 变电站等值零序阻抗保持不变且与原来单台变压器中性点直接接地时相同, 故 电网零序电流?;の扌胫匦抡?。中性点电抗器仅 1 个绕组, 结构简单, 成本低。
         为确定电抗器容量, 分别对变电站 110kV 母线短路容量为 9000MVA 和 4000MVA 两 种情况下, 变电站近端发生单相接地故障时流过中性点电抗器的电流和电抗器承受电压做 了仿真。仿真结果见表 30。由于两种条件下流过中性点电抗器的电流差别不大, 本着与变 压器设计水平一致的原则, 建议设计中性点电抗器时采用母线短路容量为 9000MVA 条件下 电抗器电流计算结果, 作为确定电抗器热稳定和动稳定水平的依据。该方案变压器中性点 电抗器接线见图 18。不同运行方式下旁路刀闸状态见表 31。
         根据电网参数, 110kV 母线短路容量约 1600MVA。建立的校验用仿真系统见图 19。 校验时模拟在 k1、 k2、 k3、 k4、 k5 点发生单相接地故障, 检查故障期间中性点电抗器稳态电 流 Iz_w、 稳态电压 Uz_w、 暂态过电压 uz_p 变化情况。校核结果见表 32。
         仿真结果表明, k3 点单相接地故障时 Iz_w 最大 ; k2 点故障时 uz_p 最大。表 4-35 综合了上述最大值结果。仿真校验结果表明, 相连 110kV 线路发生单相接地故障时流过变 压器中性点电抗器的电流小于 0.8kA。按照 110kV 母线短路容量为 9000MVA、 系统侧 Xso/ Xs1 = 3 的条件确定的变压器中性点电抗器参数, 可以满足安全运行要求。
         表 33 给出了两台变压器并联运行中南市变电站线路出口发生单相接地故障期 间, 两台变压器中一台变压器跳开前后流过运行变压器中性点电抗器电流的变化。由表 33 可见, 另一台变压器跳开对运行变压器中性点电抗器电流数值影响不大。
         确定中性点电抗器参数时需考虑下述因素 : 1) 改变变压器中性点接地方式后, 不 应改变流进变电站的接地故障电流。 2) 电抗器雷电冲击电压耐受能力与中性点绝缘水平一 致并与中性点避雷器雷电放电残压配合。 3) 中性点电抗器热稳定耐受能力和动稳定能力与 变压器一致。为此, 按照 126kV、 9000MVA 考虑 110kV 母线短路容量。4) 参考 220kV、 500kV 直接接地变压器中性点设计标准及目前 110kV 分级绝缘变压器中性点绝缘采用 44kV( 工频 95kV、 雷电冲击 260kV) 的现状, 当采用中性点经电抗器接地时, 变压器宜维持原绝缘水平 不变、 中性点电抗器高压侧宜采用相同绝缘水平。综上所述 : 本发明的有益效果是 :
         1) 因变压器中性点都直接接地, 单相接地电流可能达到很大数值。如果单相接地 短路电流超过断路器遮断容量, 将成为影响设备选型的条件 ; 而通过系统分析, 仿真计算等 手段计算出接入系统运行的小电抗值, 使 110/220kV 变压器中性点接入合适的小电抗值, 起到限制短路电流, 减小对通讯系统的干扰和设备选型。
         2) 因变压器中性点都直接接地, 当变压器运行方式变化时会导致系统零序网络变 化, 影响接地短路时零序电流、 电压分布, 可能影响零序电流?;ば阅?。而通过系统?;づ?合计算, 仿真计算等手段计算出保持系统零序网基本不变的小电抗值, 可使 110/220kV 变 压器中性点接入合适的小电抗值 ; 针对已投入运行的变压器, 在网络发生变化时, 可通过计 算和小电抗多档位调节, 使得系统经小电抗接地后可以使系统的零序阻抗保持不变, 变压 器零序?;げ恍柚匦抡?, 避免了相关的资金投入。 有效的防止了继电?;の蠖?, 避免因误 动出现大规模的经济损失。
         3) 对于变压器中性点间隙接地方式, 在 110/220kV 系统中, 发生单相接地故障时, 接地电容电流在故障点形成的电弧不能自行熄灭, 同时, 间歇电弧产生的过电压往往又使 事故扩大 ; 而通过 110/220kV 变压器中性点接入合适的小电抗值可以使中性点过电压水平 大幅度的降低, 因此可降低变压器绝缘等级, 如 220kV 变压器的绝缘等级可由 110kV 降低到 35kV, 可大大降低变压器成本。4) 对于变压器中性点间隙接地方式, 国内 110/220kV 系统变压器中性点普遍使用 氧化锌避雷器加放电间隙作为过电压?;?, 这种?;し绞蕉员;け溲蛊靼踩诵蟹⒒恿酥?要作用, 但由于间隙动作受气候、 温度、 风力、 环境污秽物等多项因素的影响, 存在着较大的 分散性, 使得二者之间的配合偏差较大, 经常听到间隙不正确动作的情况, 损坏避雷器或变 压器中性点绝缘的事故发生 ; 而 110/220kV 变压器中性点接入合适的小电抗值可以使中性 点过电压水平大幅度的降低 ; 因此, 110/220kV 变压器中性点经小电抗接地方式取消了放 电间隙?;?。 这样在变压器中性点就不存在氧化锌避雷器加放电间隙作为防变压器中性点 的雷电冲击与工频过电压?;さ呐浜衔侍?。极大的减少了变压器?;の蠖目赡?, 大大提 高了设备运行的可靠性。
         附表 :
         表 1GB1094.5-2003 对 110kV 母线短路水平的规定
         设备额定电压 110kV 220kV
         126 252 系统短路容量 9000 18000表 2 仿真用三绕组变压器参数
         表 3 仿真用两绕组变压器参数
         表 4 中性点电抗值变化对 40MVA 三圈变压器中性点电流电压的影响
         注: X_zxd : 中性点电抗值 ; Xt0 : 变压器零序电抗。 表 5 中性点电抗值变化对 63MVA 三圈变压器中性点电流电压的影响
         表 6 中性点电抗值变化对 10MVA 三圈变压器中性点电流电压的影响
         表 7 中性点电抗值变化对 40MVA 两圈变压器中性点电流电压的影响
         表 8 中性点电抗值变化对 63MVA 两圈变压器中性点电流电压的影响
         表 9 中性点电抗值变化对 10MVA 两圈变压器中性点电流电压的影响
         表 10 两台 40MVA 三圈变压器并联运行时中性点电流、 电压、 无功
         表 11 三台三圈 40MVA 变压器并联运行时中性点电流、 电压、 无功
         表 12S = 2000MVA, 40MVA 三圈变压器中性点电流、 电压及吸收无功
         表 13S = 500MVA, 40MVA 三圈变压器中性点电流、 电压及吸收无功
         表 1440MVA 三圈变中性点直接接地 (Xz = 0) 时中性点电流
         表 1540MVA 三圈变中性点经 Xt0/3 接地时, 中性点电流电压变化
         表 1640MVA 三圈变中性点经 Xt0/2 接地时, 中性点电流电压变化
         表 17 系统侧 Xs0/X1 = 3 时, 经 Xt0/3 接地, 不同容量变压器中性点电流电压
         表 18 不同低压侧短路容量对变压器中性点电流电压的影响
         注: Sd : 变压器安装点 35kV 母线短路容量 ; Xs1d : 35kV 侧系统三相短路阻抗。 表 19 故障初相角与中性点电抗器暂态电压峰值的关系
         表 20 中性点电抗值与中性点暂态电压峰值的关系
         表 21Xz = 1/3Xto 时故障点位置与中性点暂态电压峰值的关系 L2 = 100km注: 故障位置指故障点距离 B1 的距离。下同。 表 22Xz = 1/3Xto 时故障点位置与中性点暂态电压峰值的关系 L2 = 20km
         表 23Xz = 1/3Xto 时故障点位置与中性点暂态电压峰值的关系 L2 = 40km
         表 24Xz = 2/3Xto, L2 = 100km, 故障点位置与中性点暂态电压峰值的关系
         表 25Xz = 2/3Xto, L2 = 20km, 故障点位置与中性点暂态电压峰值的关系
         表 26Xz = 2/3Xto, L2 = 40km, 故障点位置与中性点暂态电压峰值的关系表 27 保持变电站零序参数不变条件下中性点电抗值选择结果2 1/3Xto 2 3 2/3Xto 3 4 Xto 4表 28 不同容量三圈变压器中性点电抗器参数表
         注: 表中数值未计及三柱箱式结构对零序磁通的影响。 表 29#2 变压器参数
         表 30 单相接地故障期间中性点电抗器电流电压计算结果
         注: 表中数据按照系统运行电压 126kV、 变压器运行在额定电压 (110kV) 计算。变 压器铁芯为三柱式结构。
         表 31 变压器中性点经电抗器接地时, 变压器运行接线
         运行方式 #1 变运行 合 #2 变运行 分 合 #1、 #2 变并联运行 分 分 K1 状态 K2 状态 分 说明
         表中 : Iz_w : 单相接地故障期间中性点电抗器稳态电流 ; Iz_p : 与 Iz_w 对应的电抗器 动稳定校验电流 ; Uz_w : 单相接地故障期间中性点电抗器稳态电压 ; uz_p : 单相接地故障期间 中性点电抗器暂态电压峰值 ;
         运行方式 两变并联运行
         运行方式 两变并联运行 一台变压器运行 Iz_w(kA) 0.768 0.828 Uz_w(kV) 12.56 13.54 Iz_w(kA) 0.768 Iz_p(kA) 1.958 Uz_w(kV) 12.56 uz_p(kV) 28.4表 32 变压器中性点电抗器电流电压校核注: 表中数据按照系统运行电压 126kV、 变压器运行在额定电压 (110kV) 仿真。 表 33 一台变压器跳开前后中性点电抗器电流变化

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