110kV線路缺相運(yùn)行分析及處置

湯文武

（湛江供電局電力調(diào)度控制中心，廣東 湛江 524000）

110kV線路缺相運(yùn)行分析及處置

湯文武

（湛江供電局電力調(diào)度控制中心，廣東 湛江 524000）

本文用對稱分量法分析了110kV線路單相缺相帶主變運(yùn)行時(shí)斷口點(diǎn)電壓差及中性點(diǎn)不接地110kVYNyn0d11變壓器高壓側(cè)單相缺相時(shí)高、中、低三側(cè)電壓特征，為電力調(diào)度員快速判斷、正確故障處置提供理論依據(jù)，從而確保地區(qū)電網(wǎng)、設(shè)備安全可靠運(yùn)行。

缺相運(yùn)行；對稱分量法；線電壓；相電壓

110kV電網(wǎng)一般為開環(huán)運(yùn)行，其電源側(cè)（一般為220kV變電站）有且僅有一臺(tái)220kV主變變高、變中中性點(diǎn)地刀合上，110kV地方電源變電站有且僅有一臺(tái)110kV主變變高中性點(diǎn)地刀合上，其他110kV運(yùn)行主變中性點(diǎn)地刀一般在分位，因此，當(dāng)110kV線路發(fā)生缺相時(shí)，系統(tǒng)一般不會(huì)產(chǎn)生故障電流，也不會(huì)產(chǎn)生零序電流，110kV缺相線路將長期保持運(yùn)行，若主變不能通過間隙保護(hù)跳閘，將對主變、用戶造成很大的影響。

1.案例

圖1為某供電局某區(qū)域局部110kV電網(wǎng)正常運(yùn)行方式圖。圖中，A站為220kV變電站，與無窮大系統(tǒng)相連，有且僅有1臺(tái)主變變高、變中側(cè)中性點(diǎn)直接接地；B站、C站、D站、E站均為110kV變電站，主變中性點(diǎn)地刀均拉開；D站主變型號為YNyn0d11的三繞組變壓器；E站10kV側(cè)有小水電，主變間隙保護(hù)投入；圖中實(shí)心表示開關(guān)在合位，空心標(biāo)示開關(guān)在空位。

圖2　斷口電壓分析圖

圖3　高壓側(cè)相電壓序分量圖

圖4　繞組間電容傳遞電壓分析圖

圖5　三卷變壓器繞空載運(yùn)行時(shí)電容傳遞電壓圖

19時(shí)44分41秒EMS事故告警，110kVE站#2主變事故跳閘。

19時(shí)45分05秒EMS越限告警，1 1 0 k V C站1 0 k V 1 M線電壓越下限（8.94kV）

19時(shí)45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1MB相電壓越下限（2.74kV）

19時(shí)45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1MC相電壓越下限（3.33kV）

19時(shí)45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MB相電壓越下限（19.79kV）

19時(shí)45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MB相電壓越下限（18.46kV）

統(tǒng)歸來看，醫(yī)療設(shè)備維保問題此前并非沒有醫(yī)院重視，之所以遲遲未產(chǎn)生規(guī)模化維保效益，各地醫(yī)院還能買到同款產(chǎn)品不同價(jià)格的設(shè)備，根本上還是由于全國各地區(qū)間醫(yī)院缺乏聯(lián)動(dòng)，何斌這樣認(rèn)為。

19時(shí)45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MC相電壓越下限（4.28kV）

異常發(fā)生后，調(diào)度員通過了解，E站主變?yōu)椤伴g隙過流保護(hù)”，再向E站了解110kV母線C相電壓約為34kV，A、B兩相正常；C站110kV母線C相電壓約為34kV，A、B兩相正常；由于110KVPT無高壓熔斷器，所以判斷110kVBC線缺相運(yùn)行。

2.提出疑問

但如果110kVBC線只供電C站，且C站為兩繞組變壓器，調(diào)度員將難以判斷以下兩方面：（1）對10kV及35kV母線電壓異常難以判斷，無法判斷是接地、PT高壓保險(xiǎn)熔斷還是諧振或其他異常？（2）在確定是110kVBC線缺相后，是同期合110kVC站AC線開關(guān)，再停110kVBC線；還是先停110kVBC線（110kVC站、E站停電），再通過110kVBC線恢復(fù)110kVC站、E站供電？

3.斷口電壓差計(jì)算

由于110kVC站主變110kV為“Y”型接線，且中性點(diǎn)地刀拉開，所有110kVC站主變變高側(cè)中性點(diǎn)的電壓等于110kVC站110kV母線C相相電壓，其三相電壓矢量圖如圖2所示。

如圖2所示，正常運(yùn)行時(shí)110kVB站、C站110kV母線三相相電壓的大小及方向分別為0A、0B、0C，當(dāng)110kVBC線C相缺相時(shí)，110kVC站110kV母線A、B相電壓和方向不變，分別為0A’、0B’,C站主變變高側(cè)中性點(diǎn)的電位為A’B’的中點(diǎn)，所以C站110kVC相電壓為OC’。若令110kV系統(tǒng)相電壓大小為E，0C的角度為0度。則：

由上可知，在110kV線路缺相帶主變運(yùn)行時(shí)，斷口點(diǎn)電壓差為1.5倍相電壓，因此，不能直接同期合線路開關(guān)；同時(shí)由于主變中性點(diǎn)處電壓為0.5倍相電壓，因此，不能直接合主變中性點(diǎn)地刀，必須直接停主變。

4.C站高壓側(cè)相電壓序分量分析

則C站高壓側(cè)相電壓序分量如圖3所示。

5.C站中、低壓側(cè)相電壓零序分量分析

如圖4所示，以110kV兩卷變壓器為例，由于110kV側(cè)中性點(diǎn)不接地，零序阻抗無窮大，不存在零序電流，零序電壓只能通過高低壓繞組間電容及低壓側(cè)三相對地電容形成一個(gè)回路，將零序電壓傳遞到低壓側(cè)。分別表示為Ua0、Ub0、Uc0。

且低壓側(cè)方向與高壓側(cè)零序電壓方向相同。

以一臺(tái)SZ9-40000/110變壓器為列C12約為4000PF，1公里10kV無架空地線單回線路3C0約為7000PF，1公里10kV電纜線路3C0約為280000PF，因此一般情況下10kV系統(tǒng)3C0將遠(yuǎn)大于高低壓繞組間電容，10kV側(cè)產(chǎn)生的零序電壓可以忽略。但若考慮最惡劣情況，即10kV側(cè)空載運(yùn)行，側(cè)3C0為低壓側(cè)三相繞組對地電容（大小約為3倍C12）。

E為高壓側(cè)相電壓，換算到低壓側(cè)，則為11/8倍10kV側(cè)相電壓。

我們知道，電容的大小，與介質(zhì)材料，正對面積及正對距離有關(guān)，因此，一般來說，主變繞組間電容差距不大，假設(shè)主變中低壓側(cè)均空載運(yùn)行。則三卷變壓器繞空載運(yùn)行時(shí)電容傳遞電壓圖如圖5所示。

此時(shí)，中壓側(cè)及低壓側(cè)零序電壓均為：

換算至35kV側(cè)為0.39倍35kV側(cè)相電壓。

換算至10kV側(cè)為1.38倍10kV側(cè)相電壓。

由上分析可知，三卷變壓器空載運(yùn)行時(shí)，在中壓側(cè)約會(huì)產(chǎn)生0.39倍相電壓，在低壓側(cè)約會(huì)產(chǎn)生1.38倍相電壓。三卷變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，即中、低壓側(cè)均會(huì)產(chǎn)生的一定的零序電壓，與其對應(yīng)的系統(tǒng)越大，即對地電容越大，產(chǎn)生的零序電壓越小。因此，在110kV線路缺相運(yùn)行時(shí)，盡量不要先斷主變變電開關(guān)，乙方低壓側(cè)產(chǎn)生較高的零序過電壓，另外，停空載主變時(shí)一般比停負(fù)責(zé)主變產(chǎn)生的過電壓要大，建議上述案例處理時(shí)直接斷開110kV B站BC線開關(guān)，再在停電的情況下將110kV C站主變及BC線開關(guān)轉(zhuǎn)熱備用，最后通過110kV CD線恢復(fù)110kV C站、E站供電。

6.C站低壓側(cè)電壓分析

由于變壓器型號為YNyn0d11，低壓側(cè)正序分量超前高壓側(cè)正序分量30度，低壓側(cè)負(fù)序分量滯后高壓側(cè)正序分量30度，令低壓側(cè)相電壓為E′，產(chǎn)生的零序電壓為U′0。其向量分析圖如圖6～圖8所示。

圖6　高、低壓側(cè)A相電壓序分量對比圖

圖7　高、低壓側(cè)B相電壓序分量對比圖

圖8　高、低壓側(cè)B相電壓序分量對比圖

7.C站中壓側(cè)電壓分析

由于變壓器型號為YNyn0d11，中壓側(cè)相電壓與高壓側(cè)相電壓相位相同，令中壓側(cè)相電壓為0.5E″，產(chǎn)生的零序電壓為U″0。其向量分析圖如圖9所示。

圖9　中壓側(cè)各相相電壓序分量對比圖

8、C站C相缺相運(yùn)行后三側(cè)相電壓、線電壓情況

假設(shè)高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)相電壓大小分別為E、E″、E′，零序電壓大小分別為U0、U″0、U′0,高壓側(cè)C相相電壓初相角為0度，則高壓側(cè)C相缺相運(yùn)行后（主變不跳閘）時(shí)各側(cè)相電壓、線電壓情況見表1。

表1　三卷變壓器缺相運(yùn)行時(shí)各側(cè)相電壓、線電壓理論計(jì)算值對比圖

案例中B站三側(cè)實(shí)際電壓情況見表2。

對比以上兩表，考慮中低壓側(cè)中性點(diǎn)存在零點(diǎn)漂移、PT誤差及高次諧波等影響，結(jié)論基本正確。

表2　 C站主變?nèi)毕噙\(yùn)行時(shí)各側(cè)相電壓、線電壓實(shí)際值對比圖

結(jié)語

110kV線路帶主變單相缺相運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)負(fù)序電壓，嚴(yán)重影響主變及用戶電器設(shè)備的使用壽命，調(diào)度員應(yīng)迅速正確處：（1）對于110kV兩卷變壓器，10kV母線發(fā)生兩相相電壓降低，一相基本不變，且降低的兩相電壓之和基本等于相電壓時(shí)，應(yīng)考慮主變?nèi)毕噙\(yùn)行。（2）對于110kV三卷變壓器只供電35kV母線，若中壓側(cè)母線其中兩相相電壓變?yōu)樵嚯妷旱募s0.9倍，另一相相電壓低于0.4倍相電壓時(shí)，應(yīng)考慮主變?nèi)毕噙\(yùn)行。（3）對于110kV三卷變壓器中、低壓側(cè)母線電壓同時(shí)異常時(shí)也應(yīng)考慮主變?nèi)毕噙\(yùn)行。（4）若懷疑主變?nèi)毕噙\(yùn)行，可查看主變各側(cè)電壓（變化情況見表1），再看110kV缺相運(yùn)行線路的三相電流，故障相電流應(yīng)為0（若故障線路為T接線路，則電源側(cè)的故障相相電流小于其它兩相）。（5）由于缺相斷口點(diǎn)兩端電壓差為1.5倍相電壓，缺相運(yùn)行主變高壓側(cè)中性點(diǎn)電壓為0.5倍相電壓，因此，不能通過合環(huán)操作恢復(fù)主變?nèi)嗾＿\(yùn)行，也不能帶電直接合主變中性點(diǎn)地刀。（6）主變?nèi)毕嗫蛰d運(yùn)行時(shí)，主變低壓側(cè)會(huì)產(chǎn)生較大的零序過電壓，因此主變?nèi)毕噙\(yùn)行時(shí)不能先斷主變變低開關(guān)，應(yīng)直接斷開故障110kV線路電源側(cè)（T接線路可斷負(fù)荷側(cè)線路開關(guān)），直接將主變停電后再通過其他電源逐步恢復(fù)供電。（7）在35kV母線斷線（接地）時(shí)，關(guān)注負(fù)荷側(cè)35kV變電站的35kV母線電壓及10kV母線電壓，從而快速判斷斷線線路。

建議：（1）建議調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集各段母線的三相相電壓及三相間線電壓及各開關(guān)的三相電流，以方便調(diào)度員對各種異常進(jìn)行快速判斷。（2）建議配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)適當(dāng)采集配變低壓側(cè)的三相電壓，便于快速判斷10kV母線斷線（接地）故障。

[1]李光琦.電力系統(tǒng)暫態(tài)分析[M].北京：水利電力出版社，2007.

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