电力变压器根据所在电网的系统状态及其所在的电压等级的不同, 常采用等不同的接线方式。当变压器正常全相运行期间, 变压器按各自变比关系正常传变电流和电压, 从而达到输送电力负荷的目的。但变压器非全相运行时, 由于变压器的接线方式不同, 会产生不同的传变关系。这一问题, 以前很少有人关注。2010年9月的某电厂启动/备用变压器的一次非全相保护跳闸事故引起了大家的重视。变压器高压侧断相期间, 低压侧母线电压没有发生任何变化, 变压器非全相运行时间长达40多分钟。
某电厂一次非全相保护跳闸事故概况2010年9月某电厂的1台220kV启动/备用变压器, 由于高压侧开关操作箱受到干扰而造成误跳到相开关, 引起变压器非全相运行。当时负荷电流小, 非全相保护的零序电流未达到定值, 保护未动。非全相运行40多分钟后, 负荷电流增大, 非全相保护才动作切除非全相运行变压器。
1 电力负荷变压器非全相运行状态分析
1.1 电力负荷变压器非全相运行
根据变压器的实际接线方式, 我们应用Matlab-Simulink-Simpower systems电力系统仿真程序建立了仿真模型。其中, E为220kV系统等效电源, 容量10000MVA;K1为变压器高压侧模拟开关;T为电力负荷变压器, 容量为80MVA, 接线方式为Y0/△-11;K2, K3分别为6 k V A和B段进线开关;A M 6 k V, BM6kV分别为6kVA和B段母线;V T/C T1, VT/CT2分别为6kVA和B段电流、电压测量元件;V1, V2为示波器;FH1, FH2分别为6kVA和B段模拟负荷。高压侧模拟开关K1, 通过改变模型参数Transitiontimes (s) 和开关状态实现变压器全相运行和非全相运行状态的切换。开关A, B, C正常为闭合状态, T ransitiontimes参数设为0.6s～1.5s, 即开关非闭合过程为0.6s～1.5s, 选择断开C相开关。6kV两母线电压、电流幅值及相位仿真结果在示波器V1, V2显示。
仿真结果表明, 变压器较大负荷状态下发生非全相, 6kV母线电压幅值会发生一定的变化, 但不大。两段母线各带40MW有功负荷, 即模拟变压器满负荷状态下发生非全相的仿真结果。可以看出, 断线相 (C相) 电压大约有16%左右的降幅。模拟变压器带一半有功负荷状态下发生非全相, 断线相电压大约有8%左右的降幅;模拟变压器满负荷状态, 功率因数为0.8时发生非全相, 断线相电压大约有20%左右的降幅。一些其它负荷状态下的仿真的结果都是断线相电压降幅不超过20%。
1.2 负荷变压器非全相运行分析
根据上述实际录波及仿真结果可以看出, Y0/△-11接线的电力负荷变压器在小负荷时, 电源侧发生非全相运行, 低压侧电压和电流基本上不受影响。在负荷较大时发生非全相, 断线相电压有一定的降幅, 但不超过20%。为什么会出现这种现象呢, 其实并不难理解。由于高压侧断相时, 假定C相断线, 在低压侧 (三角形侧) 健全相a, b相的感应电势Ea, Eb保持不变, 断线相c相的感应电势Ec等于0, 因此在三角形绕组内产生零序电压, 且零序电压正好反向加在c相绕组上, 使c相绕组在低压侧产生励磁电流和磁通。该励磁电流和磁通与高压侧施加电压时的效果一样, 在高压侧同样产生感应电势, 使高压侧的三相电压与断线前一样。因此断线的发生没有使变压器两侧的电压及低压侧电流改变。
当变压器带有较大的负荷时, 由于c相电压是由a, b相合成的零序电势产生的, 因此c相电压的电源内阻相对a, b相大得多。当通过较大的负荷电流时, 在变压器内部产生了较大的电压下降, 使得变压器的低压侧电压有所减低。
2 变压器其它接线方式非全相运行分析
2.1 Y/△-1 1接线方式非全相运行分析
变电站有多台变压器同时运行时, 经常会有变压器不接地运行, 即存在Y/△-11接线方的变压器。当不接地变压器Y侧发生非全相运行时, 低压侧两母线电压与前者有很大的不同, 低压侧两母线电压与高压侧断线相相关的两相电压降幅很大。仿真条件为两段母线各带40MW有功负荷, C相断线。可以看出, 当C相发生断线时 (0.6s) , 侧的A相电压幅值和相位保持不变, B相电压和C相电压幅值和相位相同, 幅值是正常电压的一半, 相位与A相电压反向。这种接线的变压器由于高压侧不接地, C相断线时, 高压侧C相绕组无电压, 因此不产生磁通。A相和B相绕组只获得一半的Uab线电压, 绕组的电势可以表示为EA=0.866U, EB=-0.866U, EC=0, (U为相电压标准值等于1 V) , 在低压绕组由于E a=1/1.7 3 2, EA=0.5U, Eb=1/1.732, EB=-0.5U, EC=0, 经过三角变换输出相电压Ua=Ea-Eb=U, Ub=Eb-Ec=-0.5U, Uc=Ec-Ea=-0.5U。
2.2 Y/Y/-1 2接线方式非全相运行分析
这种全星型变压器高压侧发生非全相运行, 低压母线的电压幅值及相位较好理解, 即低压母线电压降低与高压侧断线相为同名相。断线相电压为零, 非断线相电压幅值大约降低为正常电压的0.866倍。电压降低原因是由于高压侧的非断线相的2个绕组串联获得1个线电压, 高压侧一相绕组仅能获得0.866U的电压, 低压侧同样也只有0.866U的电压。
2.3△/△-1 2接线方式非全相运行分析
这种角星型变压器高压侧发生非全相运行, 低压母线的电压幅值及相位与Y/Y-12接线方式变压器一样。即低压母线电压降低与高压侧断线相为同名相。断线相电压为零, 非断线相电压幅值大约降低为正常电压的0.866倍, 但电压降低的原因不同。变压器高压侧C相断线的非全相运行时, 高压侧只有B相绕组可以获得1个全线电Uab电压, A相和C相仅能获得一半的Uab线电压, 且3个绕组上电压的相位同相。EA=0.866U, EB=1.732U, EC=0.866U时, 在低压绕组经过三角变换可得U a=E aEb=-0.866U, Ub=Eb-Ec=0.866U, Uc=Ec-Ea=0.866U-0.866U=0。
3 结语
最常见的Y0/△-11接线的电力变压器在高压侧发生一相断线时, 在负荷较小的情况下, 变压器两侧电压及低压侧电流基本不变。但在重负荷时发生一相断线, 断线相低压侧电压及电流有一定的降低, 对这种接线的变压器需加强非全相运行状态监视。其它接线形式的变压器侧发生一相断线时, 低压侧电压及电流降低较严重, 必须快速切除断相运行的变压器, 应降低非全相保护动作电流门槛或电流判据。
摘要：对于变压器的非全相运行时对于电力系统的影响进行分析研究, 从而更好弄清其中的原理, 对于控制整个电力系统来说非常有意义。
关键词：变压器,非全相运行,电力系统,影响
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