发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型三相变压器组参数不一致运行分析方法,它解决了上述现有技术的空白,其目的在于分析大型高压变压器三相参数不一致运行对设备本体、电网其他一、二次设备和电网运行等的影响,给出三相参数不一致的大型变压器运行的限制条件和注意事项。
一种大型变压器三项参数不一致运行分析方法,其包括如下步骤:
(1)三相变压器组参数不一致运行可行性分析:
根据变压器组各相的参数,按变压器组三相参数不一致的运行条件的要求进行计算,将计算获得的指标与运行条件里的指标进行比较,以确定三相参数不一致变压器对运行条件的满足程度,筛选出不满足的运行条件;
(2)含三相参数不一致变压器组的机电-电磁仿真模拟计算:
根据所收集的电网系统的相关资料,结合变压器组各相的参数,分别建立电网的机电暂态模型和包含三相参数不一致变压器组的电磁暂态模型,并进行机电-电磁暂态混合仿真计算,所述混合仿真计算的具体计算方案根据步骤(1)获得的三相变压器组参数不一致的可行性分析结果制定;
通过对各方案进行仿真计算,分别计算得出各种工况下的潮流、变压器电压、电流不平衡程度,以及由变压器组三相不一致引起的负序和零序电流;
将仿真计算结果与各电网设备的性能和运行要求进行比较,以再次验证变压器的可行性;
(3)三相参数不一致的大型变压器投运的限制条件和运行方式制定:
根据步骤(1)可行性分析和步骤(2)仿真计算中所计算出的电压、电流不平衡程度以及负序、零序电流,重点关注其中不满足运行条件的部分,考虑该变压器投运后,这些因素可能对电网产生的影响;
根据需要分析的影响,制定相应的仿真计算方案,该方案能充分反映不同工况时三相参数不一致的变压器运行所产生的电压、电流不平衡程度以及负序、零序电流的差别;
根据仿真计算的结果,以及设备运行的影响分析,结合实际运行的情况,制定三相参数不一致的大型变压器投运的限制条件,以及其他受影响设备运行的限制条件,同时,根据所给的限制条件制定该大型变压器投运期间的运行方式。
其中,步骤(1)中所述的变压器组三相参数不一致的运行条件包括三相参数不一致变压器组单台运行条件和变压器并列运行条件。
三相参数不一致变压器组单台运行条件包括绕组直流电阻不平衡率、变压器三相参数是否满足要求、各相参数之间的偏差、运行电压以及三相参数的不对称程度等,具体可括如下几点:
a)对于联结成三相组的三台单相变压器,各相彼此间的绕组直流电阻不平衡率应不大于2%;
b)变压器的参数(例如变比短路阻抗等)满足相关标准(如《GB/T6451-2008油浸式电力变压器技术参数和要求》等)的要求;
c)变压器的运行电压≤105%;
d)变压器三相负载不平衡时,应监视最大一相的电流,且接线为Yn/yn0的大、中型变压器允许的中性线电流,按制造厂及有关规定。
多台变压器并列运行条件包括以下几点:
a)变压器连接组别相同;
b)变压器变比差值不超过±0.5%;
c)变压器短路阻抗之差小于10%;
d)变压器的容量比在0.5~2之间。
其中,变压器组单台运行条件中的c、d要结合变压器所在的电网的情况进行仿真计算分析,而其他内容均可通过变压器三相参数的比较和计算得出。通过比较分析可以初步得出变压器哪些运行条件不满足,为下步具体分析的基础。
其中,步骤(2)所述的含三相参数不一致变压器组的机电-电磁仿真模拟计算,用于计算变压器三相不一致运行后,变压器各相的电压、电流以及近区电网的潮流情况,其仿真的范围为三相参数不一致的变压器组所在区域的电网;仿真模型包括电网的机电暂态模型和包含三相不一致变压器的变电站的电磁暂态模型。
其中,所述的仿真模型中机电暂态模型能满足区域电网大量节点的要求,电磁暂态模型能对于大型三相变压器组各相进行独立建模,能模拟变压器所在电网的运行工况。
其中,步骤(3)中的仿真计算方案包括在不同工况下(从空载至满载)三相不一致的变压器单台运行、低压侧接不同负荷运行以及两台变压器并列运行的情况。
其中,步骤(3)中需考虑的影响包括对变电站一次设备(如主变、CT等)的影响、对外部电网运行影响(如近区电网发电机组、线路和电站等)、对继电保护及控制设备(如保护及控制二次回路、继电保护性能等)的影响。
其中,还包括系统分析总结步骤,具体的,对仿真资料和运行方案进行整理、归档;对实际现场运行情况进行分析、归纳;编写系统运行分析报告,对运行方案和实际运行情况进行分析研究,给出系统运行结论。
本发明可以针对大型高压变压器在部分主要参数三相不一致情况下的运行开展有效分析,从而对提高电网运行可靠性起到积极的作用,并且可为变压器设备更换后三相参数不一致的处理起到指导和参考作用。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
以下以江陵换流变(下简称“江陵变”)500kV主变压器运行分析为例,对大型变压器三相参数不一致运行的系统分析方法进行说明。
江陵站江#1主变B相故障,经分析,确定更换该变压器。所更换变压器部分参数与原变压器存在明显差异。该变压器的投运将对部分设备和系统运行带来一定的影响,因此,有必要在该变压器更换前针对主变三相参数不一致的问题开展系统的分析。
具体步骤如下:
1.三相变压器组参数不一致运行可行性分析;
1.1变压器组各相参数
表1江#1主变参数
注:表中为江#1主变中压侧档位为3档时的数据。
表2备用相参数
注:表中为江#2主变中压侧档位为3档时的数据。
1.2运行条件分析
1.2.1江#1主变单台运行条件分析
(1)凤凰山备用相与江#1主变A、C相绕组直流电阻不平衡率略超过2%,是因变压器结构、材料差异引起的;由于不平衡率数值较小,不会对变压器运行产生明显影响。另外,江#1主变A、C相以及凤凰山备用相绕组直流电阻与历史值比较,其偏差均在2%以内,符合标准规定。
(2)凤凰山备用相高-低和中-低的短路阻抗分别为65%、50%,与国标规定的值34~38%、20~22%有较大误差,且误差大于GB 1094.1中对误差(<±15%)的要求。但是,由于凤凰山备用相为上世纪八十年代生产,当时的标准与现有标准不同,其短路阻抗不完全满足现有规程规定。
(3)由于更换后的江#1主变高压侧和中压侧均采用为Y0接线方式,中性点电压不会发生较大偏移,参数不平衡对电压不平衡造成的影响很小,因此江#1主变正常运行时,不会因三相短路阻抗参数不一致导致运行电压出现明显异常。
(4)凤凰山备用相与江#1主变A、C相的短路阻抗参数见表1~表2,江陵#2主变B相高对中(额定档)的短路阻抗为12.0%,其相应的阻抗值为:
江陵变1#主变A、C相高对中(额定档)的短路阻抗为12.2%、12.25%,其相应的阻抗值为:
凤凰山备用相高对中(4档)的短路阻抗约为12.18%,高压绕组额定电流为824.786A,其相应的阻抗值为:
详细结果见表3。
表3江#1主变更换后各相短路阻抗值
注:表中所有短路阻抗数值均折算至变压器高压侧
在不考虑负荷不平衡性的情况下,当江#1主变功率等于其额定容量(750MVar,负荷等效阻抗约为368Ω),且低压侧空载时,基于表3数据,可以计算得出此时主变三相电流不平衡度约为1%。在主变中性线上产生的电流远小于规程中25%的要求;并且,当负荷小于额定负载时,变压器三相电流的不平衡度会更小。
当江1#主变低压侧带1组电抗(60MVar),由主变高压侧或中压侧分别向低压侧单台供电时,主变三相电流的不平衡度分别为1.5%、1.4%;当江1#主变带3组电抗(每组均为60MVar)时,在同等工况下,主变三相电流的不平衡度分别为4.3%、3.9%;在主变中性线上产生的电流均远小于规程中25%的要求。
因此,江#1主变三相短路阻抗参数不一致在主变中性线所产生的电流小于规程中的最大允许电流。但是,江1#主变低压侧带负载运行时,对于变压器三相电流不一致程度的影响明显大于低压侧空载工况。
1.2.2多台变压器并列运行条件分析
(1)条件1:连接组别是否相同。
两台主变的连接组别均为Y0/Y0/d11接线方式,满足条件1。
(2)条件2:变压比差值不超过±0.5%。
将江#1主变A、C相以及江#2主变为1~5档与凤凰山备用相为1~15档时的变比进行比较,发现只有江陵变压器为1档、凤凰山备用相为7档,以及江陵变压器为3档、凤凰山备用相为4档这两种情况满足条件2,见表4、5。
表4 江#1主变A、C相、江#2主变与凤凰山备用相的变比对比1
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高对中变比 |
高对低变比 |
中对低变比 |
江陵变1档 |
2.16450 |
8.64062 |
3.99196 |
凤凰山备用相7档 |
2.16942 |
8.66025 |
3.99196 |
变比偏差 |
0.2273% |
0.2272% |
0.00% |
表5 江#1主变A、C相、江#2主变与凤凰山备用相的变比对比2
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高对中变比 |
高对低变比 |
中对低变比 |
江陵变3档 |
2.27273 |
8.64062 |
3.80187 |
凤凰山备用相4档 |
2.27165 |
8.66025 |
3.81233 |
变比偏差 |
0.0476% |
0.2272% |
0.275% |
对比表4和表5,江陵变压器为3档、凤凰山备用相为4档时,并列运行变压器高压侧---中压侧变比的偏差更小。
(3)条件3:短路阻抗差值不超过±10%。
各相的阻抗值见表3。
凤凰山备用相与江陵#2主变B相高对中阻抗值相差:(48.40-44.76)/48.40*100=7.52%(<10%)。
凤凰山备用相与江陵#1主变A相高对中阻抗值相差:(49.21-44.76)/49.21*100=9.03%(<10%)。
凤凰山备用相与江陵#1主变C相高对中阻抗值相差:(49.41-44.76)/49.41*100=9.40%(<10%)。
(4)条件四:两台变压器的容量比在0.5~2之间。
两台主变各相变压器高压、中侧侧容量均为250MVA,满足条件4。但江陵站变压器低压侧为80MVA、凤凰山备用相为40MVA,容量比为2,已达到允许条件的上限值。
1.3分析结果
江#1主变满足单台变压器的运行条件,但是,江1#主变低压侧带负载运行工况下,变压器三相电流的不一致程度将明显大于低压侧空载工况。
江#1主变A、C相以及江#2主变为3档,凤凰山备用相为4档时的变比满足并列运行条件,连接组别也满足并列运行条件;两台主变高压---低压、中压---低压短路阻抗的偏差不满足并列运行条件,变压器低压侧容量比已达到并列允许条件的上限值。
2.含三相参数不一致变压器组的机电-电磁仿真模拟计算;
2.1计算的基础条件
计算工具:采用电网数值仿真平台进行机电-电磁暂态仿真。
计算范围:机电暂态模型为湖北全网模型,电磁暂态模型为江陵站变压器及开关场模型。
运行方式:与变压器实际投运时可能出现的运行方式。
2.2模型有效性验证
模拟江#1主变B相更换前江陵站在一天内不同时刻的几种实际运行工况,对比仿真结果与现场运行测量数据,验证仿真模型有效性。对比数据包括:(1)变压器有功功率、无功功率;(2)500kV母线、220kV母线相电压、线电压有效值。(3)主变高压、中压侧三相电流有效值、相角。(4)主变高压、中压侧负序、零序电流,以及两台主变的合电流值。(5)主变低压侧绕组环流。
2.3变压器三相参数不一致运行的仿真计算
根据现场可能出现的工况,本次仿真分别对主变带不同有功功率、低压侧带不同负载以及单台变压器单台运行的情况进行了仿真分析。
两台主变并列运行,有功潮流分别为280MW、480MW、600MW和1000MW时的情况。
江#1主变低压侧分别接站用电负载、1组低压电抗器、3组低压电抗器和电容器组的情况。
江#1主变单台运行,有功潮流分别为380MW、465MW和625MW时的情况,并与两台主变并列运行情况做对比。
2.4仿真分析
根据2.3中的仿真内容,开展相应的仿真计算,下面以#1主变、#2主变总有功潮流不同工况仿真为例进行仿真研究,工况设置如下:
表6仿真工况设置
通过仿真数据,以及图3、4所示零序电流对比图可知:
(1)母线三相电压数值基本相等,且随着功率的增加,电压数值略有下降。
(2)两台主变各侧三相电流的数值和相角存在着明显的不一致。且随着功率的增加,主变的各侧三相电流幅值呈比例线性增长,增长幅度与功率呈线性正比关系,但是电流相位变化不大。
(3)从图3、4可以看出江#1主变零序电流大于江#2主变,负序电流略小于江#2主变。两台主变各侧的零序、负序合电流数值小于单台主变的最大零序、负序电流。随着功率的增加,零序电流、负序电流数值有明显增加。
(4)随着两台主变功率的增加,江#1主变低压侧环流数值也有明显增长。
2.5仿真结果
(1)主变运行时,三相电流的不一致情况明显大于电压的不一致情况。
(2)两台主变并列运行时,江#1主变零序电流明显大于江#2主变;主变各侧负序、零序电流数值近似与主变功率呈线性正比关系。
(3)江#1主变低压侧带负载运行时,对主变各侧三相电流不一致程度的影响将大于低压侧空载工况。尤其是低压侧负载较大时,将会在主变高压、中压侧三相电流造成明显的不一致,在低压侧绕组产生较大环流。该结果与步骤2中的分析结果相符。
(4)江#1主变三相参数不一致所造成的不一致运行对(主变以外)电网的影响,两台主变并列运行工况要小于江#1主变单台运行工况;对江#1主变本身的影响,前者反而大于后者。
3进行对近区电网的影响分析,并制定相应的限制条件和运行方式;
3.1影响分析方案
(1)对江陵站一次设备影响
对主变运行的影响:计算正常运行工况下(江#1、#2主变总有功功率为1000MW)的主变运行的电流不一致情况,计算变压器更换前后变压器潮流情况,分析其对主变运行的影响。
对换流变、直流系统影响:计算正常运行工况下(江#1、#2主变总有功功率为1000MW)零序电流和电压不一致情况,分析其对换流变、直流系统影响
(2)对外部电网运行影响
对近区电网发电机组的影响:计算正常运行工况下负序电流,分析其对发电机组的影响。
对近区线路和电站的运行影响:计算正常运行工况下电压不一致、正、负序电流的情况,分析其对近区线路和电站的运行影响。
(3)对继电保护及控制设备影响
正常运行工况下对继电保护性能影响:启动元件、主变高压、中压侧零序(方向)保护、高压、中压侧相间阻抗保护、主变过励磁保护、中压侧非全相保护、高压、中压侧过负荷保护、TA断线判别;
故障工况下对继电保护性能影响:通过模拟江陵站500kV侧、220kV侧以及35kV侧母线发生三相金属性短路故障、500kV三江I回线发生三相金属性短路、220kV江枣线发生三相金属性短路,分析在故障工况下,三相参数差异对主变差动保护、主变相间阻抗保护的影响。
3.2影响分析
这里本实施例以对江#1、#2主变保护启动和零序保护的影响分析为例进行介绍。
(1)保护启动
主变保护启动判据采用相电流突变量启动、差动电流越限启动以及零序电流稳态量启动。江#1主变B相更换后,主变在正常运行时,前两种启动方式不会受影响,而由于江#1主变三相参数不一致,会导致主变高压侧、中压侧零序电流数值增大,需要对零序电流稳态量启动元件进行分析。
主变保护装置中,各侧零序电流启动值采用本侧额定电流的20%,将其折算为有名值,见表7。
表7江#1、#2主变零序电流启动值
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高压侧 |
中压侧 |
江#1主变A、C相 |
157.5A |
357.9A |
凤凰山备用相 |
165.0A |
374.7A |
江#2主变 |
157.5A |
357.9A |
由表7结果知,江#1、#2主变保护各侧零序电流启动值明显大于主变满载情况下的最大零序电流,因此江#1主变B相更换后,不会造成主变保护误启动。
(2)主变高压侧、中压侧零序(方向)保护
主变高压侧、中压侧零序(方向)保护定值见表8。
表8江#1、#2主变零序(方向)保护定值
对比表7和表8中数据,保护定值远大于两台主变的零序电流。另外,由仿真分析可知,主变零序电流近似与功率呈线性正比关系,因此即使是主变运行在所允许的最大功率工况下,其零序电流数值也远小于保护定值,正常运行时不会导致主变零序(方向)保护误动。
3.3结果
(1)对江陵站一次设备影响
对主变运行的影响:江#1主变三相参数差异不会对主变运行电压产生明显影响,但主变负载能力有所下降,且并列运行时,主变间潮流分配有所变化。
对换流变、直流系统影响:江#1主变三相参数差异对换流变、直流系统运行无影响。
(2)对外部电网运行影响
正常运行时对近区线路和电站的运行无明显影响。由于江#1主变负载能力有所降低,近区电站的运行方式应考虑该项因素。
(3)对继电保护及控制设备影响
正常运行工况下对继电保护性能影响:主变启动元件、零序电流保护、相间阻抗保护、过励磁保护、过负荷保护、TA断线元件可靠性不受影响,定值不需要调整。非全相保护的可靠性有所降低,但是在确保断路器辅助接点正常的情况下,可不调整定值。
故障工况下对继电保护性能影响:江#1主变发生外部故障情况下,主变差动保护性能不受影响;主变高压侧、中压侧相间阻抗保护性能会受一定的影响,其中,江#1主变AB、BC相间阻抗保护灵敏度略有增大,江#2主变则相反,两台主变AC相间阻抗保护灵敏度基本不变。
3.4制定三相参数不一致的大型变压器投运的限制条件和运行方式;
根据之前的理论分析、仿真计算以及对设备的影响分析,结合实际运行的情况,三相参数不一致的大型变压器投运的限制条件和运行方式如下:
建议江1#变低压侧空载运行。
主变投运后,应密切监视主变潮流(尤其是江#1主变B相电流),确保其在允许范围内。
4系统分析总结
(1)运行情况理论分析:根据现有标准和要求对江#1主变单台运行和两台并列运行进行分析;
(2)真分析:江#1主变三相不一致仿真共进行了12种工况的潮流计算,以及相关暂稳计算10项;
(3)对设备运行影响分析:江陵站一次设备、外部电网、继电保护及控制设备;
(4)制定限制条件和运行方式。
(5)结论:
1)江#1主变可以投运,可以与江#2主变并列运行。
2)建议江1#变低压侧空载运行。
3)江#1主变负载能力略有降低,对江陵站其他一次设备以及外部电网运行无影响。
4)所有相关保护、安稳定值不需要调整。
5)在主变投运后,应密切监视主变潮流(尤其是江#1主变B相电流),确保其在允许范围内。
综上可知,本发明的大型变压器三相参数不一致运行的系统分析方法能够准确分析三相参数不一致的大型变压器运行对系统的影响。特别地,本发明可以用于变压器备用变适用性分析。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。