CN107342581B - 一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，包括：步骤1：获得待加装中性点电抗的变电站及500kV自耦变压器信息，并将变电站外部系统进行等值，分别形成正序及零序简化等值电路；步骤2：计算步骤1形成的等值电路中外部等值参数；步骤3：获得步骤1形成的等值电路中自耦变压器正序、零序电抗参数；步骤4：基于步骤1‑3共同确定的等值电路计算流经变压器中性点的最大工频电流；步骤5：基于步骤4获得的最大工频电流，对变压器中性点电抗的热稳定电流、额定机械短路电流、额定持续电流、额定容量进行选型通过本方法能够准确的选择出自耦变压器中性点电抗，对电网远期发展有良好的适应性。

Description

一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法

技术领域

本发明涉及输变电技术领域，具体地，涉及一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法。

背景技术

随着我国电力事业的不断发展，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。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；特别是对于出现概率较高的单相短路故障(约占全部短路故障的65％～70％)，必须更加重视，采取有效措施加以限制。

目前针对单相短路过大的措施包括以下三种：首先是更换开断能力更大的开关，这种方法对短路电流并没有抑制作用，仅仅是通过一次设备(断路器)的更换使满足短路电流开断要求，但更换开关涉及数量通常较多，投资大，并会使多个变电站在更换开关期间处于非正常运行方式。第二种方式是通过增加系统正序阻抗来同时降低系统三相和单相短路电流，主要手段包括：线路出串、母线分段运行、采用高阻抗变压器、线路增设串联电抗器等。这类措施可以明显降低系统短路电流水平，但另一方面它会削弱系统电气联系，降低电网运行的安全性和可靠性。限制单相短路电流的第三种方式是增大系统零序阻抗，单相短路超标而三相短路不超标的情况，这类方式是限制单相短路电流的最佳方法。目前，由于500kV自耦变压器的广泛应用，变压器220kV侧单相短路电流超标成为常态，而在500kV自耦变压器中性点加装电抗是限制变压器220kV母线单相短路电流也自然成为应用最广泛的方法。但目前中性点加装电抗的选型方法仍未有统一标准，多是基于现有方式计算电抗各项参数，未考虑对电网恶劣方式及未来远期电网的适应性。

发明内容

本发明提供了一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，解决了目前中性点加装电抗的选型方法存在的不足，通过本方法能够准确的选择出自耦变压器中性点电抗，对电网远期发展有良好的适应性。

本发明是采取以下的技术方案来实现的：

500kV三绕组自耦变压器的广泛应用导致变压器220kV侧单相短路电流大于三相短路电流时有发生，通常采用在500kV自耦变压器中性点加装电抗方式限制220kV单相短路电流。本发明特征在于包含下述步骤：

(1)确定待加装中性点电抗的变电站及500kV自耦变压器，并将变电站外部系统进行等值，分别形成正序、零序简化等值电路。

当变电站500kV自耦变220kV侧单相短路电流超过/接近开关开断能力时，在变压器中性点加装电抗。对变电站外部500kV及220kV系统进行正序及零序电路等值，外部等值系统包括四个参数，分别为500kV正序及零序等值电抗X₍₃₎₅₀₀、X₍₀₎₅₀₀，220kV正序及零序电抗X₍₃₎₂₂₀、X₍₀₎₂₂₀。500kV自耦变压器可用T型等值电路表示，正序等值电路中包含变压器参数X_1i，X_2i，X_3i，零序等值电路中包含变压器参数X_01i，X_02i，X_03i。i＝1,2,3……，代表第i台变压器；X_1i，X_2i，X_3i分别代表第i台变压器高压、中压、低压侧正序电抗，X_01i，X_02i，X_03i代表第i台变压器高压、中压、低压侧零序电抗；

(2)计算步骤(1)所描述等值电路中外部等值参数

变压器正常运行时(变电站所有变压器并联投入)，500kV及220kV侧三相短路电流I₍₃₎₅₀₀，I₍₃₎₂₂₀计算公式分别为

其中，//代表并联，U为变压器高压侧电压，变压器参数均已知，计算I₍₃₎₅₀₀，I₍₃₎₂₂₀分别达到开关遮断能力时外部等值正序电抗X₍₃₎₅₀₀及X₍₃₎₂₂₀。

计算外部等值零序电抗X₍₀₎₅₀₀及X₍₀₎₂₂₀，取X₍₀₎₅₀₀＝X₍₃₎₅₀₀，X₍₀₎₂₂₀＝3.5*X₍₃₎₂₂₀。

(3)确定步骤(1)所描述等值电路中自耦变压器正序、零序电抗参数

自耦变压器正序参数X_1i，X_2i，X_3i由厂家提供，中性点加装电抗值由变压器中性点绝缘水平确定：若变压器中性点绝缘水平为35kV等级，电抗阻抗取变压器高-中压漏抗1/5；若变压器中性点绝缘水平为66kV等级，电抗阻抗取变压器高-中压漏抗1/3。变压器零序电抗X_01i，X_02i，X_03i由正序电抗和加装的中性点电抗共同决定，如下式表示

X_01i＝X_1i+3X_ni(1-k)

X_02i＝X_2i-3X_nik(1-k)

X_03i＝X_3i+3X_nik

X_ni为第i台变压器中性点电抗值，k为变压器高-中压侧变比。

(4)根据步骤(1)(2)(3)共同确定的等值电路计算流经变压器中性点的最大工频电流；

根据等值正序及零序电路，计算远期检修方式下(单台变压器运行)220kV侧单相短路电流，并根据节点方程：

I＝YV

计算零序等值电路中各节点电压，I为节点注入电流、Y为节点导纳矩阵、V为节点电压。进一步计算加装电抗的变压器高、中压侧流过零序电流I_H0、I_L0，根据下式

I₀＝3(I_H0-I_L0)

计算流经变压器中性点最大工频电流I₀。

(5)根据步骤(4)确定的流经中性点电抗最大工频电流对电抗热稳定电流、额定机械短路电流、额定持续电流、额定容量进行选型。

选择电抗10s热稳定电流大于步骤(4)确定的中性点最大工频电流I₀；取电抗的额定机械短路电流为额定热短路电流的2.55倍；取电抗的额定持续电流为额定热短路电流的5％，取电抗的额定容量为额定持续电流的平方与额定电抗值的乘积。

本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

通过计算远期最恶劣方式下系统单相短路时流经中性点电抗的最大电流，来选择电抗各项基本参数，包括10s热稳定电流、额定机械电流、额定电流、额定容量，由于考虑了变电站母线短路电流达到开关遮断能力极限及变压器检修等最恶劣的运行方式，因此，通过本方法能够准确的选择出自耦变压器中性点电抗，按本发明设计的变压器中性点电抗对电网远期发展有良好的适应性。

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；

图1为变电站500kV自耦变压器连接示意图，图中虚线表示变压器台数不定；

图2为变电站500kV自耦变压器及其外部系统正序等值电路图；

图3为变电站500kV自耦变压器及其外部系统零序等值电路图；

图4为500kV自耦变压器中性点电抗选型方法流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，解决了目前中性点加装电抗的选型方法存在的不足，通过本方法能够准确的选择出自耦变压器中性点电抗，对电网远期发展有良好的适应性。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在相互不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

请参考图1-图4，本申请提供了一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，所述方法包括：

步骤1：获得待加装中性点电抗的变电站及500kV自耦变压器信息，并将变电站外部系统进行等值，分别形成正序及零序简化等值电路；

步骤2：计算步骤1形成的等值电路中外部等值参数；

步骤3：获得步骤1形成的等值电路中自耦变压器正序、零序电抗参数；

步骤4：基于步骤1-3共同确定的等值电路计算流经变压器中性点的最大工频电流；

步骤5：基于步骤4获得的最大工频电流，对变压器中性点电抗的热稳定电流、额定机械短路电流、额定持续电流、额定容量进行选型。

某变电站包含2台500kV自耦变压器，变比为525/230/35kV，基本参数如表1所示。

表1 500kV自耦变压器基本参数

外部指除变压器外的其他系统，等值为4个电抗；可参考图2，图3；图2是正序等值电路，X₍₃₎₅₀₀，X₍₃₎₂₂₀是外部等值参数，其余X11，X12等是变压器参数；该变电站500kV自耦变压器未加装中性点电抗时，500kV、220kV母线三相短路电流分别为58kA、49kA，均未超过开关遮断能力(500kV、220kV开关遮断能力分别为63kA、50kA)。500kV、220kV母线单相短路电流分别为56kA、53kA，220kV母线单相短路电流超过开关遮断能力。因此，在变电站两台变压器均加装中性点电抗，电抗阻抗取变压器高-中压漏抗1/3，由于两台变压器参数完全相同，电抗取整均为14Ω。加装电抗后，该变电站220kV单相短路电流可降低至42kA，低于开关遮断能力。

进一步计算远期方式下I₍₃₎₅₀₀，I₍₃₎₂₂₀分别达到开关遮断能力(63kA，50kA)时外部等值正序电抗X₍₃₎₅₀₀及X₍₃₎₂₂₀分别为5.4Ω、28.5Ω(归算到高压侧)，则外部等值零序电抗X₍₀₎₅₀₀及X₍₀₎₂₂₀分别取5.4Ω、99.75Ω。上述方式下任一变压器检修时，该变电站220kV母线单相短路时流经变压器中性点电抗最大短路电流周期分量为6kA。据此，可选择电抗各项规格参数为：持续10s热稳定电流6kA，额定机械电流15.3kA，额定电流0.3kA，额定容量1.26MVA。根据上述方式选择的电抗对远期全方式均具有适应性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：获得待加装中性点电抗的变电站及500kV自耦变压器信息，并将变电站外部系统进行等值，分别形成正序及零序简化等值电路；

步骤2：计算步骤1形成的等值电路中外部等值参数；

步骤3：获得步骤1形成的等值电路中自耦变压器正序、零序电抗参数；

步骤4：基于步骤1-3共同确定的等值电路计算流经变压器中性点的最大工频电流；

步骤5：基于步骤4获得的最大工频电流，对变压器中性点电抗的热稳定电流、额定机械短路电流、额定持续电流、额定容量进行选型；

所述步骤2具体包括：

变压器正常运行时，500kV及220kV侧三相短路电流I₍₃₎₅₀₀，I₍₃₎₂₂₀计算公式分别为：

其中，//代表并联，U为变压器高压侧电压，变压器参数均已知，计算I₍₃₎₅₀₀，I₍₃₎₂₂₀分别达到开关遮断能力时外部等值正序电抗X₍₃₎₅₀₀及X₍₃₎₂₂₀；计算外部等值零序电抗X₍₀₎₅₀₀及X₍₀₎₂₂₀，取X₍₀₎₅₀₀＝X₍₃₎₅₀₀，X₍₀₎₂₂₀＝3.5*X₍₃₎₂₂₀，k为变压器高-中压侧变比。

2.根据权利要求1所述的500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：500kV自耦变压器用T型等值电路表示，正序等值电路中包含变压器参数X_1i，X_2i，X_3i，零序等值电路中包含变压器参数X_01i，X_02i，X_03i，i＝1,2,3……，代表第i台变压器；X_1i，X_2i，X_3i分别代表第i台变压器高压、中压、低压侧正序电抗，X_01i，X_02i，X_03i代表第i台变压器高压、中压、低压侧零序电抗；

对变电站500kV及220kV外部系统进行正序及零序电路等值，外部等值参数包括：500kV正序及零序等值电抗X₍₃₎₅₀₀、X₍₀₎₅₀₀，220kV正序及零序等值电抗X₍₃₎₂₂₀、X₍₀₎₂₂₀。

3.根据权利要求1所述的500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：

变压器零序电抗X_01i，X_02i，X_03i由正序电抗和加装的中性点电抗共同决定：

X_01i＝X_1i+3X_ni(1-k)

X_02i＝X_2i-3X_nik(1-k)

X_03i＝X_3i+3X_nik

X_ni为第i台变压器中性点电抗值，k为变压器高-中压侧变比。

4.根据权利要求3所述的500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，其特征在于，自耦变压器正序参数X_1i，X_2i，X_3i由厂家提供，中性点加装电抗值由变压器中性点绝缘水平确定：若变压器中性点绝缘水平为35kV等级，电抗阻抗取变压器高-中压漏抗1/5；若变压器中性点绝缘水平为66kV等级，电抗阻抗取变压器高-中压漏抗1/3。

5.根据权利要求1所述的500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，其特征在于，所述步骤4具体包括：

根据正序及零序等值电路，计算单台变压器运行时220kV侧单相短路电流，并根据节点方程计算零序等值电路中各节点电压，节点方程为：

I＝YV

I为节点注入电流、Y为节点导纳矩阵、V为节点电压；进一步计算加装电抗的变压器高、中压侧流过零序电流I_H0、I_L0：

I₀＝3(I_H0-I_L0)

计算流经变压器中性点最大工频电流I₀。

6.根据权利要求1所述的500kV自耦变压器中性点电抗选型方法，其特征在于，选取电抗10s热稳定电流大于步骤4确定的中性点最大工频电流I₀；选取电抗的额定机械短路电流为额定热短路电流的2.55倍；选取电抗的额定持续电流为额定热短路电流的5％，选取电抗的额定容量为额定持续电流的平方与额定电抗值的乘积。