CN112198455A - 自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自耦变压器中性点小电抗选型方法，包括：S1获取相关参数及其数值；S2设小电抗值为X_n，其临时取值为X_l；S3令短路超标标志位c＝0；S4令X_n＝X_l；S5获取自耦变压器中压母线侧的单相短路电流I_{s_z}；S6若I_{s_z}超标，则c＝1，并提高X_l，转至S4；若未超标，则转至S7；S7设定中性点工频过电压偏高的恶劣运行方式，获取中性点工频过电压U_n；判断U_n是否符合相关设备绝缘等级，若满足，则选择最新的X_n作为小电抗的电抗值；若不满足，则判断：若c＝0，则降低X_l，并转至步骤S4；若c＝1，则更新短路控制措施，并转至S3。本发明避免采用电磁暂态仿真导致的高计算复杂度和计算时间。

Description

自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法

技术领域

本发明属于交流输电网中自耦变压器选择技术领域，尤其涉及自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法。

背景技术

随着我国电网的不断发展，500千伏、750千伏、1000千伏交流输电网已成为整个电网的重要组成部分，对于500千伏及以上主变多采用自耦变压器，自耦变压器电能损耗少，效率高，在相同容量情况下，自耦变压器较普通变压器体积小，重量轻，运输方便，而且节省材料，成本低。

但自耦变压器的主要缺点在于其一、二次绕组间有着电的联系，当高压侧发生单相接地故障时，中性点的位移电压可达高压侧的相电压，这种电压会直接传到中压侧，造成中压侧严重过电压，从而损坏低压侧的电气设备。因此为防止这种过电压的传递危及绕组的绝缘，自耦变压器中性点必须接地，这样即使高压侧发生单相接地，因中性点的电位(大地电位)不变，也不会使另一侧绕组的端电压升高，因而避免了过电压的危险。

自耦变压器中性点接地虽然能够改善过电压问题，但大量主变压器中性点直接接地后将导致系统零序电抗大大降低，导致单相短路电流超过三相短路电流，造成断路器遮断容量选择困难。为解决该问题，电力系统中一般采用中性点经小电抗接地的方式，将单相短路电流限制到三相短路电流水平，较好地解决了这个问题。随着电力系统网架的逐步加强，变电站之间的电气距离愈发紧密，因此系统整体短路水平不断提升，中性点接入的小电抗阻值亦需要不断提升以抑制单相短路电流，此时发生单相故障后的中性点工频过电压也会因此提升。

按照时间尺度划分，电力系统暂态仿真可分为机电暂态仿真和电磁暂态仿真，其中对于220千伏及以上电压等级电网一般采用PSD-BPA、 PSASP等机电暂态仿真软件进行仿真，其基于正序、基波相量模型，不会针对中性点进行建模，无法直接计算中性点的电气指标。因此对于工频过电压的计算多采用基于瞬时值的电磁暂态仿真。

而从工程角度来看，计算大电网的主变中性点工频过电压以及单相短路电流宜尽量采用实际电网进行建模并避免过度等值，而应用电磁暂态仿真处理大型电力系统是不现实的。

因此，基于这些问题，提供一种能快速进行自耦变压器中性点工频过电压计算，实现自耦变压器中性点小电抗选型的方法，避免采用电磁暂态仿真导致的高计算复杂度和计算时间，为计算自耦变压器中性点工频过电压、避雷器设备选型、小电抗选型提供了一种很好的解决思路，具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能快速进行自耦变压器中性点工频过电压计算，实现自耦变压器中性点小电抗选型的方法，避免采用电磁暂态仿真导致的高计算复杂度和计算时间，为计算自耦变压器中性点工频过电压、避雷器设备选型、小电抗选型提供了一种很好的解决思路，具有重要的现实意义。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，包括如下步骤：

S1、获取用于短路计算和中性点工频过电压计算的参数及其数值，并得到拟接入中性点小电抗的自耦变压器的折算到中压侧的零序等值漏抗X_I、X_II、X_III，设置短路超标标志位c，设定拟接入中性点小电抗的自耦变压器的高压侧、中压侧基准电压分别为U_{b_g}、U_{b_z}；

S2、设定拟接入的小电抗取值为X_n，其初始取值为X_s，其临时取值为X_l；

S3、令短路超标标志位c＝0，令X_n＝X_l＝X_s；

S4、更新拟接入的小电抗的取值，令X_n＝X_l；

S5、按照既定安排的运行方式和短路控制措施，获取拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中压母线侧的单相短路电流I_{s_z}；

S6、判断步骤S5中得到的单相短路电流是否超标，若超标，则令短路超标标志位c＝1，并提高拟接入的小电抗临时值X_l的取值，并转至步骤S4；若未超标，则转至步骤S7；

S7、设定中性点工频过电压计算结果偏高的恶劣运行方式，获取拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中压母线侧零序短路电流I_z和零序电压U_z；

S8、获取拟接入中性点小电抗的自耦变压器的折算到中压侧的高压侧零序电流I_{g_t}及折算到高压侧的高压侧零序电流I_g；

S9、获取中性点工频过电压U_n；

S10、判断U_n是否满足拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中性点绝缘等级以及所接入的避雷器绝缘等级，若满足，则选择最新的X_n作为拟接入中性点小电抗的电抗值，从而获得自耦变压器中性点小电抗的选型；若不满足，则前往第十一步；

S11、判断短路超标标志位c的取值，若c＝0，则降低拟接入的小电抗临时值X_l的取值，并转至步骤S4；若c＝1，则更新电网运行中的短路控制措施，并转至步骤S3。

进一步的，所述步骤S9中的中性点工频过电压U_n的计算公式为：

U_n＝3*{I_z+[U_z-I_z*(X_II+X_III)]/X_III*U_{b_z}/U_{b_g}}*X_n。

进一步的，所述步骤S7中的中性点工频过电压计算结果偏高的恶劣运行方式，是指变电站一台主变掉闸，且220千伏主要出线全部断线的方式。

进一步的，所述步骤S11中的更新电网运行中的短路控制措施，是指通过采取线路断线、母线分列的方式控制短路水平。

进一步的，所述步骤S1中获取用于短路计算和中性点工频过电压计算的参数及其数值，是指获取：拟接入中性点小电抗的自耦变压器的正序、零序参数(标么值)、发电机机组参数、其他主变的正序、零虚参数(标么值)、所有线路的正序、零虚参数(标么值)以及其他电气设备的计算参数。

本发明的优点和积极效果是：

本发明的方法采用运行、规划部门广泛采用的短路计算软件、大电网网络拓扑参数、机组机电暂态参数等，计算严重故障下的零序短路电流，实现快速中性点工频过电压实用计算，避免采用电磁暂态仿真导致的高计算复杂度和计算时间，为计算自耦变压器中性点工频过电压、避雷器设备选型、小电抗选型提供了一种很好的解决思路。。

附图说明

以下将结合附图和实施例来对本发明的技术方案作进一步的详细描述，但是应当知道，这些附图仅是为解释目的而设计的，因此不作为本发明范围的限定。此外，除非特别指出，这些附图仅意在概念性地说明此处描述的结构构造，而不必要依比例进行绘制。

图1为本发明实施例中提供的自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法的流程图；

具体实施方式

首先，需要说明的是，以下将以示例方式来具体说明本发明的具体结构、特点和优点等，然而所有的描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何限制。此外，在本文所提及各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征，仍然可在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参考附图1，本实施例提供的自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，包括如下步骤：

S1：计算拟接入中性点小电抗的自耦变压器的正序、零序参数(标么值)，发电机机组参数、其他主变的正序、零虚参数(标么值)，所有线路的正序、零虚参数(标么值)，以及其他电气设备的计算参数，计算拟接入中性点小电抗的自耦变压器的折算到中压侧的零序等值漏抗X_I＝7.4416欧姆、X_II＝7.2675欧姆、X_III＝23.3966欧姆，设置短路超标标志位c，令c＝0，设定拟接入中性点小电抗的自耦变压器的高压侧、中压侧基准电压分别为U_{b_g}＝515千伏、U_{b_z}＝230千伏；

S2：设定拟接入的小电抗取值为X_n，其初始取值为X_s，其临时取值为X_l；

S3：令短路超标标志位c＝0，令X_n＝X_l＝X_s＝5欧姆；

S4：更新拟接入的小电抗的取值，令X_n＝X_l；

S5：按照既定安排的运行方式和短路控制措施，计算拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中压母线侧的单相短路电流I_{s_z}＝24.18千安；

S6：判断S5计算得出的单相短路电流是否超标，若超标，则将短路超标标志位c置1，即c＝1，并提高拟接入的小电抗临时值X_l的取值，并前往S4；若未超标，则前往S7；在本实施例中，步骤S5计算得出的单相短路电流判断结果为不超标；

S7：设定中性点工频过电压计算结果偏高的恶劣运行方式，计算拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中压母线侧零序短路电流 I_z＝2.7747∠67.715千安和零序电压U_z＝39.4532∠156.362千伏；

S8：计算拟接入中性点小电抗的自耦变压器的折算到中压侧的高压侧零序电流I_{g_t}＝1.9512∠-111.1157千安及折算到高压侧的高压侧零序电流 I_g＝0.8714∠-111.1157千安；

S9：计算中型点工频过电压U_n＝28.5535千伏；

S10：判断U_n是否满足拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中性点绝缘等级以及所接入的避雷器绝缘等级，若满足，则流程结束；若不满足，则前往步骤S11；

S11：判断短路超标标志位c的取值，若c＝0，则降低拟接入的小电抗临时值Xl的取值，并前往第四步，若c＝1，则更新电网运行中的短路控制措施，并前往第三步；

在本实施例中，步骤S10判断U_n是否满足拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中性点绝缘等级以及所接入的避雷器绝缘等级时，判断结果为满足要求，则选择最新的X_n作为拟接入中性点小电抗的电抗值，从而获得自耦变压器中性点小电抗的选型；

需要说明的是，所述步骤S9中的中性点工频过电压U_n的计算公式为：

U_n＝3*{I_z+[U_z-I_z*(X_II+X_III)]/X_III*U_{b_z}/U_{b_g}}*X_n。

所述步骤S7中的中性点工频过电压计算结果偏高的恶劣运行方式，是指变电站一台主变掉闸，且220千伏主要出线全部断线的方式。

所述步骤S11中的更新电网运行中的短路控制措施，是指通过采取线路断线、母线分列的方式控制短路水平。

所述步骤S1中获取用于短路计算和中性点工频过电压计算的参数及其数值，是指获取：拟接入中性点小电抗的自耦变压器的正序、零序参数(标么值)、发电机机组参数、其他主变的正序、零虚参数(标么值)、所有线路的正序、零虚参数(标么值)以及其他电气设备的计算参数。

以上实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取用于短路计算和中性点工频过电压计算的参数及其数值，并得到拟接入中性点小电抗的自耦变压器的折算到中压侧的零序等值漏抗X_I、X_II、X_III，设置短路超标标志位c，设定拟接入中性点小电抗的自耦变压器的高压侧、中压侧基准电压分别为U_{b_g}、U_{b_z}；

S2、设定拟接入的小电抗取值为X_n，其初始取值为X_s，其临时取值为X_l；

S3、令短路超标标志位c＝0，令X_n＝X_l＝X_s；

S4、更新拟接入的小电抗的取值，令X_n＝X_l；

S5、按照既定安排的运行方式和短路控制措施，获取拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中压母线侧的单相短路电流I_{s_z}；

S6、判断步骤S5中得到的单相短路电流是否超标，若超标，则令短路超标标志位c＝1，并提高拟接入的小电抗临时值X_l的取值，并转至步骤S4；若未超标，则转至步骤S7；

S7、设定中性点工频过电压计算结果偏高的恶劣运行方式，获取拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中压母线侧零序短路电流I_z和零序电压U_z；

S8、获取拟接入中性点小电抗的自耦变压器的折算到中压侧的高压侧零序电流I_{g_t}及折算到高压侧的高压侧零序电流I_g；

S9、获取中性点工频过电压U_n；

S10、判断U_n是否满足拟接入中性点小电抗的自耦变压器的中性点绝缘等级以及所接入的避雷器绝缘等级，若满足，则选择最新的X_n作为拟接入中性点小电抗的电抗值，从而获得自耦变压器中性点小电抗的选型；若不满足，则前往第十一步；

S11、判断短路超标标志位c的取值，若c＝0，则降低拟接入的小电抗临时值X_l的取值，并转至步骤S4；若c＝1，则更新电网运行中的短路控制措施，并转至步骤S3。

2.根据权利要求1所述的自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，其特征在于：所述步骤S9中的中性点工频过电压U_n的计算公式为：

U_n＝3*{I_z+[U_z-I_z*(X_II+X_III)]/X_III*U_{b_z}/U_{b_g}}*X_n

3.根据权利要求1所述的自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，其特征在于：所述步骤S7中的中性点工频过电压计算结果偏高的恶劣运行方式，是指变电站一台主变掉闸，且220千伏主要出线全部断线的方式。

4.根据权利要求1所述的自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，其特征在于：所述步骤S11中的更新电网运行中的短路控制措施，是指通过采取线路断线、母线分列的方式控制短路水平。

5.根据权利要求1所述的自耦变压器中性点小电抗选型的计算方法，其特征在于：所述步骤S1中获取用于短路计算和中性点工频过电压计算的参数及其数值，是指获取：拟接入中性点小电抗的自耦变压器的正序、零序参数、发电机机组参数、其他主变的正序、零虚参数、所有线路的正序、零虚参数以及其他电气设备的计算参数。

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