CN107967392A - 一种变电站内变压器中性点过电压评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站内变压器中性点过电压评估方法。对于中性点不接地的变压器，其中性点通过保护间隙并联避雷器进行保护；在线路发生单向接地故障、非全相运行以及雷击过电压的时候，中性点不接地变电站的中性点会产生很大的过电压，引起保护间隙或者避雷器动作。本发明根据变电站电气主接线图和各出线的杆塔布置图，在仿真软件中搭建系统模型，对输电线路、站内GIS设备、变压器分别进行建模，提出了评估变电站内变压器中性点过电压的方法；并给出了基于过电压评估结果的保护间隙选择方法和中性点绝缘水平评估方法。本发明解决了变电站内变压器中性点过电压的计算，以及相应保护间隙和绝缘水平的选择问题，提高了变压器的安全、可靠运行水平。
Description
技术领域
本发明涉及过电压评估和相关设备参数选择领域，具体地说是一种基于PSCAD暂态仿真软件的变电站内变压器中性点过电压评估方法，包括过电压计算、保护间隙选择和绝缘水平选择。
背景技术
在我国，3～66kV电力系统采用非有效接地方式，110～750kV电力系统中性点采用有效接地方式。有效接地系统中性点电压不会很高，一般采用分级绝缘变压器，这样可以降低造价，节省成本。而对于某些供电可靠性和连续性要求较高的用户，其110kV变电站也有采用全绝缘主变的情况。分级绝缘变压器中性点过电压保护一般设置避雷器和放电间隙进行过电压保护的方式，避雷器参数选择和绝缘配合相关规范和设计手册都有较明确的要求，而对于全绝缘变压器，其中性点绝缘水平较高，过电压保护也较为简单。我国目前电网110kV、220kV系统中变压器中性点可以直接接地，根据运行的实际需要，部分变压器中性点也可以采用不接地方式，对于中性点可能接地也可能不接地运行的变压器，需要采取过电压保护的措施。在线路发生单向接地故障、非全相运行以及雷击过电压的时候，中性点不接地变电站的中性点会产生很大的过电压，引起保护间隙或者避雷器动作。
但是，变压器中性点过电压的计算，以往只采用一般性的理论公式来计算，而以往的间隙距离整定和氧化锌避雷器型号选择也均是基于理论公式得出，对于一个实际电力系统中变压器中性点过电压的具体仿真计算和分析，涉及较少。因此，电力变压器中性点保护间隙或避雷器配置不合理，有可能导致其过电压，影响安全稳定运行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种评估变电站内变压器中性点过电压以及选择保护间隙和绝缘水平的方法，以解决目前变压器中性点间隙和避雷器选择与实际需求之间的偏差问题。
为此，本发明采用如下的技术方案：一种变电站内变压器中性点过电压评估方法，其包括如下步骤：
1)根据变电站电气主接线图和各出线的杆塔布置图，在仿真软件中搭建系统模型，对输电线路、站内GIS设备、变压器分别进行建模；过电压仿真时系统运行电压按最大值进行计算；
2)仿真进线段某相在距离变电站不同距离处发生单相接地故障，计算变压器中性点过电压，记录最大稳态过电压U1；
3)仿真单相断线和两相断线时变压器中性点过电压，记录最大稳态过电压U2；
4)仿真雷电作用下绕击和反击造成的变压器中性点过电压，记录在最近10个杆塔处发生反击时变压器中性点最大暂态过电压绝对值u3，记录不同故障距离下绕击发生时变压器中性点最大暂态过电压绝对值u4；
5)选择保护间隙；
6)选择变压器中性点绝缘水平
a)考虑工频过电压下中性点绝缘水平的要求，考虑安全系数后的中性点绝缘水平应大于max(U1,U2)/0.85；
b)考虑雷电过电压下中性点绝缘水平的要求，考虑安全系数后的中性点绝缘水平要求达到max(u3,u4)/0.6069。
作为上述技术方案的补充，步骤1)中，所述的仿真软件为PSCAD暂态仿真软件。
作为上述技术方案的补充，步骤2)中，对距离变电站0/20/40/60/80/100/120km处发生单相接地故障进行仿真。
作为上述技术方案的补充，步骤4)中，在雷击线路时，站内断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、变压器及套管用接地电容进行等效。
作为上述技术方案的补充，步骤5)中，保护间隙的选择需要考虑“系统以有效接地方式运行发生接地和断线故障时，中性点棒间隙不应动作”、“间隙的工频击穿电压应低于变压器中性点的1min工频耐受电压”及“棒间隙的工频击穿电压应保证金属氧化物避雷器在工频过电压下不动作”三方面要求。
作为上述技术方案的补充，步骤5)中，系统以有效接地方式运行发生接地和断线故障时，中性点棒间隙不应动作，中性点棒间隙的工频击穿电压有效值应满足：
式中，Ubg为棒间隙的工频击穿电压有效值，kV；σ为空气间隙工频击穿电压的标准偏差；K1为安全系数；K2为气象修正系数；U0取max(U1,U2)；计算得到的Ubg根据棒间隙工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图得到h1，棒间隙应满足H>h1。
作为上述技术方案的补充，步骤5)中，间隙的工频击穿电压应低于变压器中性点的1min工频耐受电压，应满足：
式中，Uog为变压器中性点1min工频耐受电压有效值，kV；对于110kV变压器，其中性点短时工频耐受电压有效值为95kV；对于220kV变压器，其中性点短时工频耐受电压有效值为200kV；
计算得到的Ubg根据棒间隙工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图得到h2，棒间隙应满足H<h2。
作为上述技术方案的补充，步骤5)中，棒间隙的工频击穿电压应保证金属氧化物避雷器在工频过电压下不动作，应满足：
式中，Ue为金属氧化物避雷器的持续运行电压有效值，kV；计算得到的Ubg根据棒间隙工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图得到h3，棒间隙应满足H<h3；
综上，保护棒间间隙H应满足h1<H<min(h2,h3)。
作为上述技术方案的补充，步骤6)的a)中，工频安全系数取1.0，变压器中性点绝缘老化累计安全系数为0.85，因此中性点综合耐受工频裕度系数取0.85。
作为上述技术方案的补充，步骤6)的b)中，雷电安全系数取0.714，变压器中性点绝缘老化累计安全系数为0.85，因此中性点综合耐受雷电冲击裕度系数取0.714×0.8＝0.6069。
本发明基于PSCAD暂态仿真软件，提出了评估变电站内变压器中性点过电压的方法，并给出了基于过电压评估结果的110kV和220kV保护间隙选择方法和中性点绝缘水平评估方法。
本发明解决了变电站内变压器中性点过电压的计算，以及相应保护间隙和绝缘水平的选择问题，提高了变压器的安全、可靠运行水平。
附图说明
图1为本发明过电压评估方法的流程图；
图2为现有棒间隙的工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示的一种变电站内变压器中性点过电压评估方法，其包括如下步骤：
1)根据实际变电站电气主接线图和各出线的杆塔布置图，在PSCAD软件中搭建系统模型，对输电线路、站内GIS设备、变压器等分别进行建模；过电压仿真时系统运行电压按最大值(额定电压1.15倍)进行计算。
2)仿真进线段某相(可任选)在距离变电站0/20/40/60/80/100/120km处发生单相接地故障进行仿真，计算变压器中性点过电压，记录最大稳态过电压U1。
3)仿真单相断线和两相断线时变压器中性点过电压，记录最大稳态过电压U2。
4)仿真雷电作用下，绕击和反击造成的变压器中性点过电压。雷电流波形采用负极性2.6/50us双指数波形。反击雷的雷电流幅取230-260kA，雷道波阻抗取300欧姆，绕击雷的雷电流幅值取30kA左右，雷道波阻抗取800欧姆。在雷击线路时，站内断路器、隔离开关、电流电压互感器等用接地电容来进行等效，具体等效参数如下表所示。
| 电压等级 | 变压器 | 电容式电压互感器 | 隔离开关(GIS内) | 断路器 | 电流互感器 | 套管 |
| 110kV | 3000 | 3000 | 80/40(合/分) | 300/150(合/分) | 100 | 150 |
| 220kV | 5000 | 5000 | 80/40(合/分) | 300/150(合/分) | 100 | 150 |
记录在最近10个杆塔处发生反击时变压器中性点最大暂态过电压(绝对值)u3；记录不同故障距离下绕击发生时变压器中性点最大暂态过电压(绝对值)u4。
5)选择保护间隙
a)系统以有效接地方式运行发生接地和断线故障时，中性点棒间隙不应动作，中性点棒间隙的工频击穿电压有效值应满足
式中，Ubg为棒间隙的工频击穿电压有效值，kV；
σ为空气间隙工频击穿电压的标准偏差，一般取σ＝0.03；
K1为安全系数，一般取K1＝1.05；
K2为气象修正系数，一般取K2＝1.05；
U0在计算中取max(U1,U2)。
由计算所得的Ubg通过图2关系图查找得到h1，棒间隙应满足H>h1。
b)间隙的工频击穿电压应低于变压器中性点的1min工频耐受电压，应满足：
式中，Uog为变压器中性点1min工频耐受电压有效值，kV。
对于110kV变压器，其中性点短时工频耐受电压有效值为95kV。对于220kV变压器，其中性点短时工频耐受电压有效值为200kV。由计算所得的Ubg通过图2关系图查找得到h2，可得棒间隙H<h2。
c)棒间隙的工频击穿电压应保证金属氧化物避雷器(MOA)在工频过电压下不动作，应满足：
式中，Ue为MOA的持续运行电压有效值，kV。
根据避雷器型号可知Ue，由计算所得的Ubg通过图2关系图查找得到h3，可得棒间隙H<h3。
综上，保护棒间间隙H应满足h1<H<min(h2,h3)。
6)变压器中性点绝缘水平选择
a)考虑工频过电压下中性点绝缘水平的要求，工频安全系数取1.0，变压器中性点绝缘老化累计安全系数为0.85，因此中性点综合耐受工频裕度系数取0.85，考虑安全系数后的中性点绝缘水平应大于max(U1,U2)/0.85；
b)考虑雷电过电压下中性点绝缘水平的要求，雷电安全系数取0.714，变压器中性点绝缘老化累计安全系数为0.85，因此中性点综合耐受雷电冲击裕度系数取0.714×0.8＝0.6069,考虑安全系数后的中性点绝缘水平要求达到max(u3,u4)/0.6069。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据变电站电气主接线图和各出线的杆塔布置图，在仿真软件中搭建系统模型，对输电线路、站内GIS设备、变压器分别进行建模；过电压仿真时系统运行电压按最大值进行计算；
2)仿真进线段某相在距离变电站不同距离处发生单相接地故障，计算变压器中性点过电压，记录最大稳态过电压U1；
3)仿真单相断线和两相断线时变压器中性点过电压，记录最大稳态过电压U2；
4)仿真雷电作用下绕击和反击造成的变压器中性点过电压，记录在最近10个杆塔处发生反击时变压器中性点最大暂态过电压绝对值u3，记录不同故障距离下绕击发生时变压器中性点最大暂态过电压绝对值u4；
5)选择保护间隙；
6)选择变压器中性点绝缘水平
a)考虑工频过电压下中性点绝缘水平的要求，考虑安全系数后的中性点绝缘水平应大于max(U1,U2)/0.85；
b)考虑雷电过电压下中性点绝缘水平的要求，考虑安全系数后的中性点绝缘水平要求达到max(u3,u4)/0.6069。
2.根据权利要求1所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤1)中，所述的仿真软件为PSCAD暂态仿真软件。
3.根据权利要求1所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤2)中，对距离变电站0/20/40/60/80/100/120km处发生单相接地故障进行仿真。
4.根据权利要求1所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤4)中，在雷击线路时，站内断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、变压器及套管用接地电容进行等效。
5.根据权利要求1所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤5)中，保护间隙的选择需要考虑“系统以有效接地方式运行发生接地和断线故障时，中性点棒间隙不应动作”、“间隙的工频击穿电压应低于变压器中性点的1min工频耐受电压”及“棒间隙的工频击穿电压应保证金属氧化物避雷器在工频过电压下不动作”三方面要求。
6.根据权利要求5所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤5)中，
系统以有效接地方式运行发生接地和断线故障时，中性点棒间隙不应动作，中性点棒间隙的工频击穿电压有效值应满足：
<mrow>
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<mi>U</mi>
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<mi>&sigma;</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
式中，Ubg为棒间隙的工频击穿电压有效值，kV；σ为空气间隙工频击穿电压的标准偏差；K1为安全系数；K2为气象修正系数；U0取max(U1,U2)；
计算得到的Ubg根据棒间隙工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图得到h1，棒间隙应满足H>h1。
7.根据权利要求6所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤5)中，
间隙的工频击穿电压应低于变压器中性点的1min工频耐受电压，应满足：
<mrow>
<msub>
<mi>U</mi>
<mrow>
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<mo>,</mo>
</mrow>
式中，Uog为变压器中性点1min工频耐受电压有效值，kV；对于110kV变压器，其中性点短时工频耐受电压有效值为95kV；对于220kV变压器，其中性点短时工频耐受电压有效值为200kV；
计算得到的Ubg根据棒间隙工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图得到h2，棒间隙应满足H<h2。
8.根据权利要求7所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤5)中，棒间隙的工频击穿电压应保证金属氧化物避雷器在工频过电压下不动作，应满足：
<mrow>
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<mi>U</mi>
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</msub>
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<mi>K</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
式中，Ue为金属氧化物避雷器的持续运行电压有效值，kV；
计算得到的Ubg根据棒间隙工频击穿电压有效值与空气间隙长度之间的关系图得到h3，棒间隙应满足H<h3；
综上，保护棒间间隙H应满足h1<H<min(h2,h3)。
9.根据权利要求1所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤6)的a)中，工频安全系数取1.0，变压器中性点绝缘老化累计安全系数为0.85，因此中性点综合耐受工频裕度系数取0.85。
10.根据权利要求1所述的变电站内变压器中性点过电压评估方法，其特征在于，步骤6)的b)中，雷电安全系数取0.714，变压器中性点绝缘老化累计安全系数为0.85，因此中性点综合耐受雷电冲击裕度系数取0.714×0.8＝0.6069。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180427 |