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　　110kV變壓器中性點(diǎn)不對(duì)稱短路過電壓研究李鴻澤、溫生2，安韻竹3（1.江蘇省電力公司，江蘇南京210024；2.南京供電公司，江蘇南京210008；3.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院，湖北武漢430072）出現(xiàn)的大過電壓進(jìn)行了理論計(jì)算，在ATP-EMTP中建立了寧夏洪廣變電站的仿真計(jì)算模型，分別在單相接地短路、斷線故障和系統(tǒng)非全相運(yùn)行三種情況下仿真計(jì)算了變壓器中性點(diǎn)的過電壓，并分析了變壓器中性點(diǎn)過電壓在不同參數(shù)下的變化特點(diǎn)。計(jì)算結(jié)果表明，單相故障對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣可能造成的危害大。

　　中性點(diǎn)中性點(diǎn)雷電標(biāo)稱絕沖擊時(shí)耐受緣水平電壓（峰值）中性點(diǎn)短時(shí)工頻耐受電壓主變電壓等級(jí)近年來，隨著我國電網(wǎng)的不斷發(fā)展、系統(tǒng)電壓等級(jí)不斷提高、短路電流不斷增大，對(duì)110、220kV變壓器中性點(diǎn)絕緣的要求亦越來越高。變壓器中性點(diǎn)絕緣擊穿事故將會(huì)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。在我國110kV電力系統(tǒng)屬有效接地系統(tǒng)（又。/兄<3，其中X.為零序阻抗；X1為正序阻抗），通常在110kV變電站中采用部分變壓器接地的方式來限制單相短路電流，以滿足繼電保護(hù)配置、防止通訊干擾等方面的要求。

　　目前電力系統(tǒng)中，變壓器大多采用分級(jí)絕緣，即靠近變壓器中性點(diǎn)繞組的主絕緣水平比端部繞組的絕緣水平低。當(dāng)發(fā)生接地短路、斷線故障等不對(duì)稱故障時(shí)，很可能會(huì)危及到部分不接地變壓器中性點(diǎn)的絕緣。因此，研究各種故障下變壓器中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的過電壓情況具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

　　鑒此，本文運(yùn)用對(duì)稱分量法對(duì)不同情況下變壓器中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的大過電壓進(jìn)行理論分析，并在ATP-EMTP中構(gòu)建了寧夏洪廣變電站的仿真計(jì)算模型，計(jì)算了不同不對(duì)稱故障時(shí)變壓器中性點(diǎn)過電壓。

　　1不對(duì)稱故障對(duì)中性點(diǎn)過電壓的影響1.1 110kV變壓器中性點(diǎn)的絕緣水平110kV電力系統(tǒng)中的變壓器分兩種：①中性點(diǎn)全絕緣，一般不加保護(hù)；②中性點(diǎn)半絕緣，即110kV的變壓器中性點(diǎn)為44kV級(jí)的絕緣水平，均需避雷器保護(hù)。

　　寧夏洪廣110kV變電站中變壓器中性點(diǎn)絕緣采用分級(jí)絕緣，考慮海拔校正因數(shù)和綜合耐受裕度系數(shù)0.85，其變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)絕緣水平見表1.表1 110kV變壓器中性點(diǎn)絕緣水平考慮運(yùn)行中的變壓器中性點(diǎn)絕緣中性點(diǎn)雷電沖中性點(diǎn)短時(shí)工擊時(shí)耐受電壓頻耐受電壓1.2不對(duì)稱故障對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣的影響電力系統(tǒng)中發(fā)生的不對(duì)稱故障主要包括接地短路故障（單相、兩相、三相）、相間故障和斷線故障。采用對(duì)稱分量法計(jì)算各種故障狀態(tài)下變壓器中性點(diǎn)電壓及變壓器中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的大穩(wěn)態(tài)過電壓。

　　（1）單相故障時(shí)。以A相故障為例，變壓器中性點(diǎn)過電壓理論計(jì)算如下。

　　考慮系統(tǒng)中零序與正序阻抗之比為々。

　　在中性點(diǎn)有效接地、=3時(shí)，變壓器中性點(diǎn)穩(wěn)態(tài)電壓大值為：在中性點(diǎn)局部接地時(shí)，變壓器中性點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)電壓即可達(dá)到系統(tǒng)的相電壓認(rèn)=73匕。

　　在有效接地系統(tǒng)線路下的不接地變壓器中性點(diǎn)的暫態(tài)電壓大值為：表2 110kV變電站主變壓器參數(shù)額定電壓/kV損耗/kW阻抗電壓/高中低空載負(fù)載高中高低中低糾結(jié)式繞組取Y=0.5，連續(xù)式繞組取Y=（2）單相故障未及時(shí)維護(hù)，變壓器可能會(huì)非全相運(yùn)行。由于110220kV系統(tǒng)中，部分變壓器的中性點(diǎn)不接地，故發(fā)生故障斷線時(shí)（包括斷路器的非同期合閘）會(huì)激發(fā)鐵磁諧振，中性點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生很高的過電壓。電力線路斷線導(dǎo)致變壓器非全相運(yùn)行也會(huì)產(chǎn)生過電壓。單相、兩相斷線不接地變壓器中性點(diǎn)處可能產(chǎn)生的過電壓分別為UXS/2、UXS（Uxs為系統(tǒng)相電壓）。若被操作的線路與變壓器參數(shù)達(dá)到一定的匹配關(guān)系時(shí)，暫態(tài)過程中產(chǎn)生的過電壓可能超過2UXS，穩(wěn)態(tài)時(shí)可能達(dá)2UXS.對(duì)兩側(cè)均有電源的變壓器，在非全相運(yùn)行時(shí)有2UXS的差頻過電壓，產(chǎn)生的此類過電壓會(huì)對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣產(chǎn)生很嚴(yán)重的危害。

　　由以上分析可知，變壓器在中性點(diǎn)有效接地、中性點(diǎn)局部接地、系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)可能出現(xiàn)的大穩(wěn)態(tài)過電壓M0m分別為43.對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣，主要研究單相接地短路故障。另外，斷線故障引起的非全相運(yùn)行對(duì)變壓器中性點(diǎn)絕緣構(gòu)成的威脅亦不能忽視。因此，本文主要對(duì)單相故障、斷線故障及系統(tǒng)非全相運(yùn)行三種情況進(jìn)行了仿真研究。

　　2變壓器中性點(diǎn)過電壓仿真計(jì)算2.1仿真模型與參數(shù)以寧夏洪廣110kV變電站為例，仿真計(jì)算主變壓器110kV電源側(cè)發(fā)生A相接地故障、AB相斷線故障及系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)主變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生的過電壓。主變壓器1和2的額定容量為63000kVA，高、中、低繞組容量分配為100/100/100，中性點(diǎn)不接地，聯(lián)接方式為YN、yn0、dl1，空載電流百分?jǐn)?shù)0.84，其余參數(shù)見表2.避雷器參數(shù)按典型值選擇。

　　分別在高、中、低壓側(cè)不同位置處設(shè)置故障點(diǎn)。

　　故障時(shí)間為0.020.06s，仿真時(shí)間為0. 06s.通過比較不同故障點(diǎn)處變壓器中性點(diǎn)，找出中性點(diǎn)電壓與故障位置的關(guān)系。為仿真模型主接線圖。

　　仿真模型主接線圖在ATT-EMTP中建立單相接地故障仿真模型。分別在變壓器入口和距離變壓器0.03、0. 43、0.83、1.23、1.63km處設(shè)置6個(gè)故障點(diǎn)，發(fā)生A相故障時(shí)測(cè)得1主變壓器中性點(diǎn)電壓波形見。隨故障點(diǎn)位置不同仿真得到變壓器中性點(diǎn)上的過電壓值見表3.由表可看出：①高壓側(cè)發(fā)生單相故障時(shí)，中性點(diǎn)產(chǎn)生的電壓值大。且只有高壓側(cè)故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)才有可能出現(xiàn)高于65. 7078.84kV的過電壓，即高壓?jiǎn)蜗嘟拥毓收蠒r(shí)表3 1主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)過電壓暫態(tài)峰值35kV側(cè)故障10kV側(cè)故障中性點(diǎn)不接地2中性點(diǎn)接地中性點(diǎn)不接地2中性點(diǎn)接地側(cè)單相故障對(duì)中性點(diǎn)絕緣的威脅大。②由于10kV側(cè)變壓器為三角形接法，故當(dāng)其發(fā)生單相故障時(shí)，理論上在高壓側(cè)中性點(diǎn)的電壓值應(yīng)為0.但由于三相線路可能不完全對(duì)稱，且ATT進(jìn)行的是數(shù)值計(jì)算，計(jì)算過程中可能會(huì)有誤差。但其值相對(duì)于千伏級(jí)電壓很小，可忽略。③變壓器高壓側(cè)發(fā)生單相短路故障時(shí)，兩變壓器中性點(diǎn)運(yùn)行方式不同，在不接地變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生的電壓就不同。兩變壓器均不接地時(shí)產(chǎn)生的中性點(diǎn)過電壓要高于一個(gè)變壓器接地、另一個(gè)不接地時(shí)的中性點(diǎn)過電壓，但差距并不明顯。所以中性點(diǎn)分級(jí)絕緣的變壓器，必須加裝避雷器或保護(hù)間隙，否則將有可能發(fā)生故障。④110kV側(cè)架空線路發(fā)生單相故障時(shí)，隨故障點(diǎn)距變壓器中性點(diǎn)越遠(yuǎn)，在中性點(diǎn)上產(chǎn)生的電壓值有增大的趨勢(shì)。此時(shí)變壓器中性點(diǎn)的過電壓可達(dá)80kV以上，已超過有效接地系統(tǒng)暫態(tài)大電壓（65. 7078.84kV）及局部接地系統(tǒng)中性點(diǎn)大暫態(tài)電壓（73kV），可能導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)間隙的誤動(dòng)作。間隙一旦擊穿，變壓器會(huì)產(chǎn)生零序電流，此時(shí)零序電流保護(hù)可能也會(huì)誤動(dòng)作，將變壓器切除。這些對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行均不利。2.3斷線故障仿真分析110kV架空線路在距離變壓器0.8km處、0.02s時(shí)，分別發(fā)生單相、兩相故障，斷線故障仿真模型見。

　　1變壓器中性點(diǎn)電壓波形見。由圖可看出：①A相斷線時(shí)，在1主變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生的暫態(tài)電壓大值為26.476kV，穩(wěn)態(tài)電壓幅值為12. 709kV；②AB兩相斷線故障時(shí)，暫態(tài)電壓大值為26. 574kV；③系統(tǒng)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，若不及時(shí)切除故障，1主變壓器終可能將導(dǎo)致中性點(diǎn)絕緣擊穿。

　　1主變壓器中性點(diǎn)電壓波形在110kV輸電線路側(cè)發(fā)生A相接地故障時(shí)，2主變壓器中性點(diǎn)接地，在故障時(shí)被切除。此時(shí)，1主變壓器失地運(yùn)行。若不能在短時(shí)間內(nèi)排除故障，需將不接地變壓器也切除。若此時(shí)斷路器發(fā)生故障，有一相斷路器未斷開，將使不接地變壓器非全相運(yùn)行。單相故障引起系統(tǒng)非全相運(yùn)行仿真模型見。

　　在ATP中進(jìn)行非全相運(yùn)行仿真，變壓器中性點(diǎn)電壓波形見。由圖可看出：①發(fā)生單相故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生較大的過電壓。在0.1s時(shí)，2接地變壓器將被切除，此時(shí)1不接地變壓器中性點(diǎn)的過電壓較不切除時(shí)幅值偏高，但變化不大。在0.2s時(shí)，故障仍存在，應(yīng)切除1主變壓器，但斷路器的A相未斷開，1主變壓器非全相運(yùn)行。②出現(xiàn)震蕩現(xiàn)象，即當(dāng)系統(tǒng)非全相運(yùn)行時(shí)發(fā)生了諧振，此時(shí)產(chǎn)生的過電壓越來越大，1主變壓器非全相運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)電壓波形若不及時(shí)搶修，諧振過電壓將大于該變壓器中性點(diǎn)所能承受的非全相運(yùn)行電壓（146kV），終導(dǎo)致中性點(diǎn)絕緣擊穿。

　　3結(jié)語從對(duì)稱分量法理論分析和ATP-EMTP構(gòu)建的模型仿真計(jì)算結(jié)果可看出，單相故障對(duì)變壓器中性點(diǎn)的威脅大。在發(fā)生單相接地故障時(shí)，變壓器中性點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)超過變壓器中性點(diǎn)保護(hù)間隙設(shè)置的電壓，導(dǎo)致保護(hù)間隙誤動(dòng)作，并進(jìn)一步導(dǎo)致變壓器的零序保護(hù)動(dòng)作，切除變壓器，使正常變壓器退出運(yùn)行。

　　仿真結(jié)果表明：盡管部分接地變電站接地切除后，不接地變壓器仍可帶故障運(yùn)行一段時(shí)間，而不會(huì)破壞不接地變壓器中性點(diǎn)的絕緣。但若不能在短時(shí)間內(nèi)完成故障搶修，需切除不接地變壓器，若斷路器發(fā)生故障，故障相燃弧，不能全相斷開，不接地變壓器在非全相狀態(tài)下運(yùn)行，極有可能產(chǎn)生諧振過電壓，極易發(fā)生中性點(diǎn)絕緣擊穿事故。