CN112487619A - 快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法及系统，方法包括以下步骤：获取自耦变压器及电网的基本参数，包括变压器高压、中压、低压漏抗、中性点接地电抗、变压器高压侧额定电压、变压器高‑中压侧变比、高压侧连接电网三相、单相短路电流、中压侧连接电网三相、单相短路电流；根据基本参数获取自耦变压器的中性点在中压侧单相短路情况下的过电压。本发明的目的在于提供一种快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法及系统，本方法或系统可基于少量自耦变压器及电网的基本参数，快速计算当自耦变压器中压侧发生接地故障情况下，自耦变压器中性点过电压，规避在商业仿真程序中建模仿真过程，使得计算结果选择更加快速准确。

Description

快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法及系统
技术领域
本发明涉及输变电技术领域，尤其涉及一种快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法及系统。
背景技术
随着社会经济的不断发展，为满足负荷快速增长需求，电网规模逐步扩大。三绕组自耦变压器是电网中最常用的变电设备，从省级骨干500千伏电网到110千伏配电网基本均采用三绕组自耦变压器作为主要变压器，其运行安全关乎整个电网供电安全。中性点是三绕组自耦变压器的重要构成部分，过电压则是威胁变压器中性点的主要风险，特别是对于容易发生的单相短路故障，中性点必须能够承受故障情况下的暂时过电压。因此必须对三绕组自耦变压器中性点过电压进行计算，以判断是否满足绝缘要求。目前对于单相短路故障引起的变压器中性点过电压通常依靠商业计算软件如EMTP、PSCAD、PSCAD等，在计算软件中进行详细建模，通过故障仿真计算过电压。
综上所述，本申请发明人在实现本申请发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
在现有技术中，计算三绕组自耦变压器中性点过电压时，通过商业计算软件建模仿真方法一是需要在程序中建立变压器及电网相应模型，速度较慢、效率较低、耗时较长；二是建模仿真过程缺乏统一的技术规范，不同人员计算结果可能存在较大差异，影响结果的正确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法及系统，本方法或系统可基于少量自耦变压器及电网的基本参数，快速计算当自耦变压器中压侧发生接地故障情况下，自耦变压器中性点过电压，规避在商业仿真程序中建模仿真过程，使得计算结果选择更加快速、准确。
本发明通过下述技术方案实现：
快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，包括以下步骤：
S1：获取自耦变压器的第一基本参数，以及与所述自耦变压器连接的电网的第二基本参数；
其中，所述第一基本参数包括自耦变压器高压漏抗X1、自耦变压器中压漏抗X2、自耦变压器低压漏抗X3、自耦变压器高压侧额定电压UH，中性点接地电抗XN和自耦变压器的高压侧-中压侧变比k；
所述第二基本参数包括自耦变压器高压侧连接电网三相短路电流IH3、自耦变压器高压侧连接电网单相短路电流IH1、自耦变压器中压侧连接电网三相短路电流IL3以及自耦变压器中压侧连接电网单相短路电流IL1；
S2：根据所述第一基本参数和所述第二基本参数，获取所述自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
优选地，按下式获取所述自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压：
Figure BDA0002788156130000021
其中，X10是自耦变压器高压侧零序电抗；X20是自耦变压器中压侧零序电抗；X30是自耦变压器低压侧零序电抗；XD和XE为假定的等效电抗；XH0是自耦变压器高压侧连接电网的零序等值电抗；XL0是自耦变压器中压侧连接电网的零序等值电抗；Im是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器高压绕组的零序电流；In是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器中压绕组的零序电流；UN是自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
优选地，所述自耦变压器高压侧零序电抗由下式获取：
X10＝X1+3XN(1-k)。
优选地，所述自耦变压器中压侧零序电抗由下式获取：
X20＝X2-3 XN(1-k)k。
优选地，所述自耦变压器低压侧零序电抗按下式获取：
X30＝X3+3XNk。
优选地，所述等效阻抗XD由下式获取：
Figure BDA0002788156130000022
优选地，所述等效阻抗XE由下式获取：
Figure BDA0002788156130000023
快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的系统，包括获取模块和计算模块；
所述获取模块，用于获取自耦变压器的第一基本参数，以及与所述自耦变压器连接的电网的第二基本参数；
其中，所述第一基本参数包括自耦变压器高压漏抗X1、自耦变压器中压漏抗X2、自耦变压器低压漏抗X3、自耦变压器高压侧额定电压UH，中性点接地电抗XN和自耦变压器的高压侧-中压侧变比k；
所述第二基本参数包括自耦变压器高压侧连接电网三相短路电流IH3、自耦变压器高压侧连接电网单相短路电流IH1、自耦变压器中压侧连接电网三相短路电流IL3以及自耦变压器中压侧连接电网单相短路电流IL1；
所述计算模块，用于根据所述第一基本参数和所述第二基本参数，获取所述自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
优选地，所述计算模块按下式获取所述过电压：
Figure BDA0002788156130000031
其中，X10是自耦变压器高压侧零序电抗；X20是自耦变压器中压侧零序电抗；X30是自耦变压器低压侧零序电抗；XD和XE为假定的等效电抗；XH0是自耦变压器高压侧连接电网的零序等值电抗；XL0是自耦变压器中压侧连接电网的零序等值电抗；Im是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器高压绕组的零序电流；In是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器中压绕组的零序电流；UN是自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、计算方式简便，需要参数少，能够快速的评估自耦变压器中性点过电压情况；
2、无需进行建模仿真计算，可有效避免因缺乏建模仿真计算规范导致的结果不准确。
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为本发明三绕组自耦变压器与电网的连接关系示意图；
图2为本发明三绕组变压器与连接电网零序电路示意图。
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。
快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，如图1所示，在本实施例中，自耦变压器的高压绕组和中压绕组分别连接于不同电压等级的电网，且低压侧绕组连接无功补偿装置，中性点直接接地或经接地电抗器接地，从而通过自耦变压器实现电压的变化。具体地，在本方案中，获取自耦变压器中性点过电压的方法包括以下步骤：
获取自耦变压器的第一基本参数，以及与自耦变压器连接的电网的第二基本参数；
其中，第一基本参数包括自耦变压器高压漏抗X1、自耦变压器中压漏抗X2、自耦变压器低压漏抗X3、自耦变压器高压侧额定电压UH，中性点接地电抗XN和自耦变压器的高压侧-中压侧变比k；
第二基本参数包括自耦变压器高压侧连接电网三相短路电流IH3、自耦变压器高压侧连接电网单相短路电流IH1、自耦变压器中压侧连接电网三相短路电流IL3以及自耦变压器中压侧连接电网单相短路电流IL1；
并将获取的第一基本参数和第二基本参数采用下式进行计算，从而获取自耦变压器的中性点在中压侧单相短路情况下的过电压；
Figure BDA0002788156130000041
其中，X10是自耦变压器高压侧零序电抗；X20是自耦变压器中压侧零序电抗；X30是自耦变压器低压侧零序电抗；XD和XE为假定的等效电抗；XH0是自耦变压器高压侧连接电网的零序等值电抗；XL0是自耦变压器中压侧连接电网的零序等值电抗；Im是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器高压绕组的零序电流；In是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器中压绕组的零序电流；UN是自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
进一步的，在本实施例中，自耦变压器高压侧零序电抗、自耦变压器中压侧零序电抗以及自耦变压器低压侧零序电抗分别由下式获取：
X10＝X1+3XN(1-k)
X20＝X2-3 XN(1-k)k
X30＝X3+3XNk
XD和XE是为了方便计算而假定的等效电抗，在本实施例中，按下式获取：
Figure BDA0002788156130000051
Figure BDA0002788156130000052
根据上述方程、获取的第一基本参数以及第二基本参数联立求解，便可以方便计算出自耦变压器中压侧单相短路情况下中性点过电压。
为便于理解，以下，对式(1)中5个方程的推导过程进行说明：
1、自耦变压器高压侧单相短路(母线1)故障情况下短路电流计算方程：
Figure BDA0002788156130000053
其中，X正1、X负1、X零1分别是短路点对外的等值正序、负序、零序电抗。
根据自耦变压器高压侧三相短路电流可计算：
Figure BDA0002788156130000054
一般取X正1＝X负1。
X零1根据图2所示电路可简单计算得到：
Figure BDA0002788156130000055
将X正1、X负1、X零1带入式(2)即可得到式(1)第一个方程
Figure BDA0002788156130000056
2、自耦变压器中压侧(母线2)单相短路故障情况下短路电流计算方程：
Figure BDA0002788156130000057
与IH1同样的推导方式，可计算得到式(1)中第二个方程
Figure BDA0002788156130000061
3、自耦变压器中压侧(母线2)单相短路故障情况下短路点两侧支路零序电压相等方程：
自耦变压器中压侧(母线2)单相短路故障情况下母线2左侧零序电压为In(XD+X20)，右侧零序电压(IL1/3k-In)XL0，两者并联，电压相等，可推导出式(1)中第三个方程：
In(XD+X20)＝(IL1/3k-In)XL0
4、自耦变压器中压侧(母线2)单相短路故障情况下高、低压支路零序电压相等方程：
自耦变压器中压侧(母线2)单相短路故障情况下高压支路(X10支路)零序电压为Im(XH0+X10)，低压支路(X30支路)零序电压为(In-Im)X30，两者并联，电压相等(均归算到高压侧)，可推导出式(1)中第四个方程：
Im(XH0+X10)＝(In-Im)X30
5、自耦变压器中压侧(母线2)单相短路故障情况下中性点过电压
由于自耦变压器中性点电压等于中压侧零序和高压侧实际零序电流之差乘以3倍中性点接地电抗值：
U N＝3XN(Ink-Im)
以下以具体的实施例对本方案做进一步说明：
某500千伏自耦变压器的高压侧连接500千伏电网、中压侧连接220千伏电网，低压侧连接35千伏无功补偿装置，中性点经接地电抗器接地，中性点工频过电压耐受能力为85千伏。自耦变压器及电网相关参数如表1所示。
表1自耦变压器及电网相关参数
Figure BDA0002788156130000062
Figure BDA0002788156130000071
根据本发明所提方法，将表1所示参数带入式(1)，即可方便求出自耦变压器中压侧单相短路情况下中性点过电压UN＝68.3千伏，由于自耦变压器中性点工频过电压耐受能力为85千伏，实际过电压68.3千伏小于耐受能力85千伏，裕度约20％，因此可以方便判定本台自耦变压器中性点不存在单相短路引起的过电压超标风险。
快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的系统，包括获取模块和计算模块；
获取模块，用于获取自耦变压器的第一基本参数，以及与自耦变压器连接的电网的第二基本参数；
其中，第一基本参数包括自耦变压器高压漏抗X1、自耦变压器中压漏抗X2、自耦变压器低压漏抗X3、自耦变压器高压侧额定电压UH，中性点接地电抗XN和自耦变压器的高压侧-中压侧变比k；
第二基本参数包括自耦变压器高压侧连接电网三相短路电流IH3、自耦变压器高压侧连接电网单相短路电流IH1、自耦变压器中压侧连接电网三相短路电流IL3以及自耦变压器中压侧连接电网单相短路电流IL1；
计算模块，用于根据第一基本参数和第二基本参数，获取自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
进一步，在本实施例中，计算模块按下式获取过电压：
Figure BDA0002788156130000072
其中，X10是自耦变压器高压侧零序电抗；X20是自耦变压器中压侧零序电抗；X30是自耦变压器低压侧零序电抗；XD和XE为假定的等效电抗；XH0是自耦变压器高压侧连接电网的零序等值电抗；XL0是自耦变压器中压侧连接电网的零序等值电抗；Im是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器高压绕组的零序电流；In是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器中压绕组的零序电流；UN是自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
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 (9)

1.快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取自耦变压器的第一基本参数，以及与所述自耦变压器连接的电网的第二基本参数；
其中，所述第一基本参数包括自耦变压器高压漏抗X1、自耦变压器中压漏抗X2、自耦变压器低压漏抗X3、自耦变压器高压侧额定电压UH，中性点接地电抗XN和自耦变压器的高压侧-中压侧变比k；
所述第二基本参数包括自耦变压器高压侧连接电网三相短路电流IH3、自耦变压器高压侧连接电网单相短路电流IH1、自耦变压器中压侧连接电网三相短路电流IL3以及自耦变压器中压侧连接电网单相短路电流IL1；
S2：根据所述第一基本参数和所述第二基本参数，获取所述自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
2.根据权利要求1所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，按下式获取所述自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压：
Figure FDA0002788156120000011
其中，X10是自耦变压器高压侧零序电抗；X20是自耦变压器中压侧零序电抗；X30是自耦变压器低压侧零序电抗；XD和XE为假定的等效电抗；XH0是自耦变压器高压侧连接电网的零序等值电抗；XL0是自耦变压器中压侧连接电网的零序等值电抗；Im是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器高压绕组的零序电流；In是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器中压绕组的零序电流；UN是自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
3.根据权利要求2所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，所述自耦变压器高压侧零序电抗由下式获取：
X10＝X1+3 XN(1-k)。
4.根据权利要求2所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，所述自耦变压器中压侧零序电抗由下式获取：
X20＝X2-3 XN(1-k)k。
5.根据权利要求2所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，所述自耦变压器低压侧零序电抗按下式获取：
X30＝X3+3 XNk。
6.根据权利要求2所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，所述等效阻抗XD由下式获取：
Figure FDA0002788156120000021
7.根据权利要求2所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的方法，其特征在于，所述等效阻抗XE由下式获取：
Figure FDA0002788156120000022
8.快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的系统，其特征在于，包括获取模块和计算模块；
所述获取模块，用于获取自耦变压器的第一基本参数，以及与所述自耦变压器连接的电网的第二基本参数；
其中，所述第一基本参数包括自耦变压器高压漏抗X1、自耦变压器中压漏抗X2、自耦变压器低压漏抗X3、自耦变压器高压侧额定电压UH，中性点接地电抗XN和自耦变压器的高压侧-中压侧变比k；
所述第二基本参数包括自耦变压器高压侧连接电网三相短路电流IH3、自耦变压器高压侧连接电网单相短路电流IH1、自耦变压器中压侧连接电网三相短路电流IL3以及自耦变压器中压侧连接电网单相短路电流IL1；
所述计算模块，用于根据所述第一基本参数和所述第二基本参数，获取所述自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
9.根据权利要求8所述的快速获取三绕组自耦变压器中性点过电压的系统，其特征在于，所述计算模块按下式获取自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压：
Figure FDA0002788156120000023
其中，X10是自耦变压器高压侧零序电抗；X20是自耦变压器中压侧零序电抗；X30是自耦变压器低压侧零序电抗；XD和XE为假定的等效电抗；XH0是自耦变压器高压侧连接电网的零序等值电抗；XL0是自耦变压器中压侧连接电网的零序等值电抗；Im是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器高压绕组的零序电流；In是自耦变压器中压侧单相短路情况下，流过自耦变压器中压绕组的零序电流；UN是自耦变压器的中性点在自耦变压器中压侧单相短路情况下的过电压。
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