CN106786436A - 一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法 - Google Patents

一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法 Download PDF

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王曦
丁理杰
陈刚
张华�
魏巍
史华勃
唐明
周波
李燕
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    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current

Abstract

本发明公开了一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，包括换流变压器，换流变压器的绕组采用YNd接法，在YNd接法的换流变压器中性点连接小电抗后接地，小电抗的阻抗小于等于换流变压器的漏抗的1/3。采用在YNd换流变压器中性点连接电抗器的方式来增大零序等值阻抗，从而降低特高压换流站500kV单相短路电流，避免其超过开关开断能力造成较大风险，对500kV三相短路电流没有影响，系统安全，可靠性强。

Description

一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，具体涉及一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法。
背景技术
随着互联电网的规模不断扩大，电网的联系越来越紧密，短路电流不断攀升，国内许多电网都出现了短路电流超过开关遮断容量的局面。一方面，短路电流过大会使断路器因开端能力不足无法有效切除故障，导致故障扩大，危及整个系统安全运行；另一方面，发生接地故障时由于注入大地电流过大而使接地点附近的变电站安全甚至人身安全受到严重威胁。特别是对于出现概率较高的单相短路故障，单相短路故障约占全部短路故障的65％～70％，须更加重视，采取有效措施加以限制。
我国特高压电网的逐步推进，特高压直流工程越来越多，换流变压器是直流工程中最重要的一次设备之一，其结构与变电站常规500kV自耦变压器有较大差别。实际工程中换流变压器绕组通常有两种接法，分别为YNy接法和YNd接法，正常运行时，两种接法变压器正序阻抗均为无穷大，YNy接法换流变压器零序阻抗无穷大，YNd接法换流变压器有零序通路，加之换流变压器容量较大，因此整体零序阻抗较小，导致特高压直流换流站500kV单相短路电流显著大于三相短路电流，且超过开关开断能力风险极大。
对于换流变压器零序阻抗小引起换流站500kV单相短路电流过大的问题，现有方法通常是拉停近区500kV交流线路、线路出串运行、交流线路加装串联电抗器等，上述措施是通过增大系统正序阻抗的方式，同时降低三相和单相短路电流，但其会削弱系统电气联系，降低电网运行的安全性和可靠性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是换流变压器零序阻抗小引起特高压直流换流站500KV单相短路电流显著大于三相短路电流，并超过开关开断能力，本发明的目的在于：提供一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，采用在YNd接法换流变压器中性点连接小电抗，增加换流变压器500KV侧母线单相短路时的零序等值阻抗，降低特高压直流换流站500KV单相短路电流，解决了YNd接法换流变压器零序等值阻抗小导致的单相短路电流过大的技术问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，包括换流变压器，换流变压器的绕组采用YNd接法，在YNd接法的换流变压器中性点连接小电抗后接地，小电抗的阻抗小于等于换流变压器的漏抗的1/3。
换流变压器是目前直流工程中最重要的一次设备之一，其结构与变电站常规500KV自耦变压器有较大区别。换流变压器绕组通常有YNy接法和YNd接法，正常运行时，YNy接法和YNd接法的换流变压器的正序阻抗均无穷大，YNy接法换流变压器零序阻抗亦无穷大，YNd接法换流变压器存在零序通路，且换流变压器容量较大，因此换流变压器的零序阻抗较小，导致特高压直流换电站中500KV单相短路电流大于三相短路电流，超过开关的开端能力，风险较大。
针对直流换流站中单相短路电流过大的情况，目前现有方法是在交流线路假装串联电抗器、线路出串运行、拉停500KV交流线路等方式，该方法可增大换流站正序阻抗，并同时降低三相和单相短路电流，但这种方式会削弱整个系统电气联系，降低电网运行的安全性和可可靠性。
基于此，发明人采用在YNd接法换流变压器的中性点连接小电抗，小电抗的阻抗小于等于换流变压器漏抗的1/3，增大直流换流站500KV母线单相短路时的零序等值阻抗，从而抑制直流换流站500KV单相短路电流。其中小电抗为数值较小的电抗器，为本领域的公知的技术术语。
根据单相短路电流的计算公式：
其中，为等值电势，X1∑,X2∑,X0∑分别为短路点外部等值正、负、零序阻抗。
根据计算公式可知，欲减小单相短路电流，可通过增加等值正序、负序或零序阻抗的方式实现。其中，特高压换流站500kV侧单相短路电流过大，主要原因在于YNd接法换流变压器零序等值阻抗小，故发明人从增大换流变压器零序阻抗的角度出发，在YNd换流变压器中性点加装小电抗的方式来增大零序阻抗，从而抑制换流站单相短路电流。
本技术方案主要针对于特高压直流工程中YNd接法的换流变压器，该换流变压器采用两绕组结构，并且由于其二次侧要承受较高的直流电压和直流电压的极性反转，其结构与现有的两绕组变压器或三绕组自耦变压器在结构和原理上有较大区别，故本技术方案采用在YNd接法的换流变压器加装小电抗的方式，并对小电抗的阻抗进行限定，该技术方案解决特高压直流换流站500kV单相短路电流显著大于三相短路电流，导致超过开关开断能力的风险，与常规方式在自耦变压器上连接小电抗是没有技术关联的，即针对的结构不同，相应的连接方式亦会改变。同时，本发明技术方案采用在YNd接法的换流变压器上连接小电抗，其主要作用是抑制换流站500kV单相短路电流，而常规500kV的自耦变压器在中性点加装小电抗其主要作用是抑制220kV单相短路电流，对500kV单相短路电流没有任何的抑制作用。
进一步地，所述换流变压器的一侧连接交流电网，换流变压器的另一侧与换流变压器的高压或低压阀组连接，高压或低压直流阀组与直流线路连接。
进一步地，所述电抗器的阻抗为换流变压器的漏抗的1/3。
进一步地，所述交流电网为500kV交流电网。
进一步地，所述直流线路为±800kV直流线路。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，采用在YNd换流变压器中性点连接电抗器的方式来增大零序阻抗，从而抑制单相短路电流，对500kV三相短路电流没有影响，系统安全，可靠性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为高压直流系统单极换流变压器、高/低压换流阀、500KV交流电网、直流线路连接示意图，其中Q1，Q2，Q3，Q93均为直流线路开关；
图2为未连接电抗器的YNd换流变压器接线图；
图3为未连接电抗器的YNd换流变压器等值电路图，其中U0为零序电压，xI+xII等于变压器零序等值电抗；
图4为连接电抗器后YNd换流变压器接线图；
图5为连接电抗器后YNd换流变压器零序等值电路图，其中xn为中性点连接电抗器阻抗值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1所示，本发明为一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，包括换流变压器，换流变压器的一侧连接500kV交流电网，换流变压器的另一侧与换流变压器的高压或低压阀组连接，高压或低压直流阀组与直流线路连接，换流变压器的绕组采用YNd接法，在YNd接法的换流变压器中性点连接小电抗，小电抗的阻抗小于等于换流变压器的漏抗的1/3。
优选，所述小电抗的阻抗为换流变压器的漏抗的1/3。
采用在YNd接法的换流变压器的中性点连接电抗器以增大零序阻抗，从而抑制单相短路电流，相对于现有技术采用的拉停线路、线路出串运行、加装电抗器等方式相比，在降低单相短路电流的同时，不会对系统的电气联系产生影响，并且提高了电网运行的安全性和可靠性。
实施例2：
某特高压直流输电系统额定电压800kV，额定输送容量8000MW，交流侧与500kV交流电网相连。换流站分为正负两极，一极共包含4台换流变压器，其中两台为YNd接线，两台为YNy接线，如图1所示。因此，特高压直流换流站共4台YNd接线换流变压器及4台YNy接线换流变压器。
单台换流变压器额定容量均为1212MVA，漏抗19.49％。YNy接线换流变压器零序阻抗无穷大，YNd接线换流变压器零序阻抗等于正序阻抗，如图2和图3所示，根据换流变压器漏抗计算得到零序阻抗为44.32Ω，4台并联运行后零序等值阻抗11.08Ω。由于YNd接线换流变压器零序等值阻抗小，导致换流站500kV交流母线单相短路电流达到62.7kA，接近开关开断能力63kA，而500kV交流母线三相短路电流仅为56.5kA，离开关开断能力63kA仍有一定裕度，如表1所示。
在换流站YNd接线换流变压器中性点连接14Ω电抗器，连接电抗器后，单台YNd接线换流变压器零序阻抗等于原换流变压器零序阻抗加上3倍电抗器阻抗值，如图4和图5所示。连接电抗器后，单台YNd接线换流变压器零序阻抗增大到86.32Ω，4台并联运行后零序阻抗增大至21.58Ω，从而500kV单相短路电流减小至58.3kA，通过连接小阻抗值的电抗器从而降低了单相短路电流3.6kA。由于仅改变了系统零序阻抗，因此换流站500kV三相短路电流未发生变化，系统安全、可靠性好。
表1连接小电抗前后换流站500kV短路电流变化情况
未连接小电抗(kA) 连接小电抗(kA)
单相短路电流 62.7 58.3
三相短路电流 56.5 56.5
从上表结果可知，YNd接线换流变压器在连接小电抗后，不影响三相短路电流，且达到降低单相短路电流的作用，避免单相短路电流远远大于三相短路电流，甚至超过开关的开断能力，引起无法切除故障。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，其特征在于，包括换流变压器，换流变压器的绕组采用YNd接法，在YNd接法的换流变压器中性点连接小电抗后接地，小电抗的阻抗小于等于换流变压器的漏抗的1/3。
2.根据权利要求1所述的一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，其特征在于：所述换流变压器的一侧连接交流电网，换流变压器的另一侧与换流变压器的高压或低压阀组连接，高压或低压直流阀组与直流线路连接。
3.根据权利要求2所述的一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，其特征在于：所述小电抗的阻抗为换流变压器的漏抗的1/3。
4.根据权利要求3所述的一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，其特征在于：所述交流电网为500kV交流电网。
5.根据权利要求4所述的一种换流变压器中性点加装小电抗抑制单相短路的方法，其特征在于：所述直流线路为±800kV直流线路。
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