CN102074944A - 预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法及装置 - Google Patents
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本发明涉及一种预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法及装置，属于电气设备安全保护技术领域。技术方案是在220kV变压器中压110kV侧中性点加装电抗技术，用来降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击损坏事故；用简易校核的变压器可耐受最大短路电流限值，结合制造厂给出的计算值分析变压器的抗短路能力，确定加装电抗技术参数，使之安装运行后具备保护变压器中压线圈受短路冲击不损坏的能力。本发明增大了110kV系统的零序电抗，可最大限度的降低短路电流，使之限制在变压器抗短路能力范围内，对于降低变压器损坏率，减少停电损失，延缓变压器使用寿命，确保电网安全运行具有重要意义。
Description
所属技术领域：
本发明涉及一种预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法及装置，属于电气设备安全保护技术领域。
背景技术：
统计数据表明，国产变压器遭受外部近区短路冲击导致线圈损坏事故的发生率很高。国家电网5年间受外部短路冲击损坏的变压器达71台，占全部损坏变压器的36.6%。在历年的国家电网公司变压器类设备专业总结报告中均指出，变压器抗短路能力不强是造成变压器损坏事故的主要原因，而出口或近区短路是诱发变压器短路损坏事故的首要原因。经过对大量变压器线圈损坏事故分析研究，发现三线圈变压器的中压线圈损坏事故所占比例最高。究其原因，主要是早期国产变压器受设计和制造工艺水平限制，导致中压线圈抗短路水平较差造成的。另外，电力系统虽在预防变压器受短路冲击损坏事故方面采取了许多措施，但在预防中压线圈受短路冲击损坏事故方面一直没有很好措施。
发明内容：
本发明目的是提供一种预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法及装置，降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击发生损坏事故，解决背景技术存在的上述问题。
本发明的技术方案是：
预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法，其特别之处是：在220kV变压器中压110kV侧中性点加装电抗技术，用来降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击损坏事故；对变压器在运行时可能遇到的短路电流进行计算，用简易校核的变压器可耐受最大短路电流限值，结合制造厂给出的计算值分析变压器的抗短路能力，确定加装电抗技术参数，使之安装运行后具备保护变压器中压线圈受短路冲击不损坏的能力。
所说的对变压器在运行时可能遇到的短路电流计算，是通过采集变压器、母线、输电线路实际参数，计算出正、负序及零序等值电抗，再应用复合序网计算出相应的接地短路电流。
所说的简易校核的变压器可耐受最大短路电流限值，是对变压器幅向力进行校核，按给定公式可从变压器的结构参数中推导出线圈耐受的最大短路电流限值，制造厂给出的参考值是采用当前制造厂应用的计算方法进行计算给出的线圈耐受的最大短路电流限值。。
所说的电抗技术参数包括电抗值，中性点所加电抗值越大，则短路电流越小；但是中性点加入电抗后，必须要满足有效接地系统X0/X1≤3的要求；所以加在变压器中性点的电抗器要在整个系统中进行核算，采用的方法是：先算出变压器中性点所能接的最大电抗值，同时要保证在极限工况下零序电抗比正序电抗都小于3，以确定可能加在变压器中性点的最大电抗值。
由于在220kV变压器中压110kV侧中性点加装的电抗器要小于变压器自身配置的电抗器，故称之为小电抗技术。
较佳的实施方式：为了限制系统接地短路电流，可以将一台主变110kV侧中性点经一小电抗接地，而另一台主变不接地；为方便运行，按两台主变的110kV侧中性点都装小电抗设计，以保证系统始终是大接地系统。要对变压器中性点电抗器上可能出现的过电压进行核算，由于零序电抗发生变化要对继电保护定值进行相应的核算和调整。
预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的装置，包含变压器高压、变压器中压、变压器低压、电抗器，变压器高压、变压器中压、变压器低压相互匹配设置，变压器中压110kV侧中性点连接电抗器，用来降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击损坏事故。
为了限制系统接地短路电流，可以将一台主变110kV侧中性点经电抗器后接地，而另一台主变不接地；为方便运行，两台主变的110kV侧中性点都连接电抗器，以保证系统始终是大接地系统。
本发明的有益效果：采用在220kV变压器中压110kV侧中性点加装小电抗技术，增大了110kV系统的零序电抗，可最大限度的降低短路电流，使之限制在变压器抗短路能力范围内，对于降低变压器损坏率，减少停电损失，延缓变压器使用寿命，确保电网安全运行具有重要意义。
附图说明：
附图1变电站接线简图；
附图2变电站正、负序网络阻抗简图；
图2中：ZH-变电站高压系统阻抗，ZM-变电站中压系统阻抗，ZT1D-变电站低压侧阻抗，
ZT1H-1号变高压侧阻抗，ZT1M-1号变中压侧阻抗，ZT1L-1号变低压侧阻抗；
附图3变电站零序网络阻抗简图；
图3中：ZH0-变电站高压系统零序阻抗，ZMO-变电站中压系统零序阻抗， ZT1HO-1号变高压侧零序阻抗，ZT1M0-1号变中压侧零序阻抗，ZT1L0-1号变低压侧零序阻抗；
附图4变电站复合序网简图；
图4中：Z1-等值正序阻抗，Z2-等值负序阻抗，Z0-等值零序阻抗，Vf-等值电源；
附图5主变110kV侧中性点经电抗接地后零序网络简图；
图5中：ZT10-1号变小电抗的零序阻抗；
附图6主变110kV侧中性点经电抗接地后复合序网简图；
图6中：Z1-等值正序阻抗，Z2-等值负序阻抗，Z0-等值零序阻抗，Vf-等值电源；
附图7为本发明实施例示意图；
图7中：1、变压器高压，2、变压器中压 ，3、变压器低压， 4、电抗器
具体实施方式：
以下结合附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
参照附图7，预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的装置，包含变压器高压1、变压器中压2、变压器低压3、电抗器4，变压器高压、变压器中压、变压器低压相互匹配设置，变压器中压110kV侧中性点连接电抗器，用来降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击损坏事故。为了限制系统接地短路电流，可以将一台主变110kV侧中性点经电抗器后接地，而另一台主变不接地；为方便运行，两台主变的110kV侧中性点都连接电抗器，以保证系统始终是大接地系统。
在实施例中，对变压器在运行时可能遇到的短路电流计算：附图1是常规220kV变电站正常运行时的接线简图，按变电站高压、中压、低压系统和变压器三线圈的实际参数，计算出附图2、附图3中各项阻抗标么值，设定基准容量、基准电压，求得附图4中各项等值阻抗，然后按式1求得接地短路相的正序电流：
接地短路电流
，进而可算出流过线圈的最大电流。
表1 实施例变电站短路电流计算值：
| #1变中性点接地 | #2变中性点接地 | |
| 正、负序等值电抗(Ω) | 6.70 | 6.70 |
| 零序等值电抗(Ω) | 4.59 | 4.78 |
| 三相接地电流 (A) | 9910 | 9910 |
| 单相接地电流(A) | 11070 | 10950 |
| 流过线圈最大电流(A) | 5900 | 5740 |
简易校核的变压器可耐受最大短路电流限值：变压器抗短路能力计算的简易校核方法，是对变压器幅向力进行校核，是电网系统现阶段采用的方法。
绕组每一线饼的受力：
式中：
F t ——整个内绕组的辐向力（N）；
M 1 ——绕组的线饼数；
D m ——绕组平均直径（mm）。
整个内绕组的辐向力：
式2.2
式中：
I m ——短路电流的最大峰值 （A）；
N——绕组匝数；
H w ——绕组几何高度 （mm）。
每个线饼的临界失稳强度：
式2.3
式中：
E——铜导线的弹性模量 （N/mm）；
I——导线的惯性矩；
m——内绕组有效支撑数，为实际支撑（撑条）数的一半；
R——内绕组的平均半径 （mm）。
当式2.1和式2.3的值相等时，式2.2中所对应的短路电流值即为线圈耐受的最大短路电流限值。
表2 流过变压器线圈的最大电流与线圈耐受最大短路电流限值
和简易校核方法相比，厂家用现行方法计算提供的数值更符合变压器的实际情况。为此认为，对国产变压器的抗短路水平采用上述简易方法校核结果可作参考，但作为采取措施的依据应采用制造厂给出的结果。流过变压器线圈的最大电流显然超过了线圈耐受的最大短路电流限值，必须采取措施才能确保变压器安全运行。
所说的确定小电抗技术参数：某变电站两台220kV主变并列运行、单台主变110kV侧中性点经小电抗接地，经小电抗接地后零序网络附图5，简化后复合序网附图6计算出小电抗的电抗值。主变110kV侧中性点接入6Ω小电抗，短路故障时流过线圈电流为线圈耐受的最大短路电流限值70%以下，变压器的安全得到了保障。
表3 实施例变电站两台主变并列运行、单台主变经小电抗接地计算结果
实施例中，小电抗技术施应用在3座变电站的7台变压器上，在运行的1年半时间内发生110kV线路近区单相短路事故2次，相对采取措施前，流入变压器的短路电流显著减小，证明该措施的实施达到了降低短路电流水平的预期，有效的保护了变压器安全。
Claims (6)
1.一种预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法，其特征在于：在220kV变压器中压110kV侧中性点加装电抗，用来降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击损坏事故；对变压器在运行时可能遇到的短路电流进行计算，用简易校核的变压器可耐受最大短路电流限值，结合制造厂给出的计算值分析变压器的抗短路能力，确定加装电抗的技术参数，使之安装运行后具备保护变压器中压线圈受短路冲击不损坏的能力。
2.根据权利要求1所述之预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法，其特征在于所说的对变压器在运行时可能遇到的短路电流计算，是通过采集变压器、母线、输电线路实际参数，计算出正、负序及零序等值电抗，再应用复合序网计算出相应的接地短路电流。
3.根据权利要求1所述之预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法，其特征在于所说的简易校核的变压器可耐受最大短路电流限值，是对变压器幅向力进行校核，按给定公式可从变压器的结构参数中推导出线圈耐受的最大短路电流限值,制造厂给出的参考值是采用当前制造厂应用的计算方法进行计算给出的线圈耐受的最大短路电流限值。
4.根据权利要求2和3所述之预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的方法，其特征在于所说的电抗技术参数包括电抗值，中性点所加电抗值越大，则短路电流越小；但是中性点加入电抗后，必须要满足有效接地系统X0/X1≤3的要求；所以加在变压器中性点的电抗器要在整个系统中进行核算，采用的方法是：先算出变压器中性点所能接的最大电抗值，同时要保证在极限工况下零序电抗比正序电抗都小于3，以确定可能加在变压器中性点的最大电抗值。
5.一种预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的装置，其特征在于包含变压器高压1、变压器中压2、变压器低压3、电抗器4，变压器高压、变压器中压、变压器低压相互匹配设置，变压器中压110kV侧中性点连接电抗器，用来降低变压器中压侧短路电流，预防220kV变压器中压线圈受短路冲击损坏事故。
6.根据权利要求5所述之预防220kV变压器受短路冲击发生损坏的装置，其特征在于为了限制系统接地短路电流，可以将一台主变110kV侧中性点经电抗器后接地，而另一台主变不接地；为方便运行，两台主变的110kV侧中性点都连接电抗器，以保证系统始终是大接地系统。
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