CN103207323B - 一种大型变压器组三相参数不一致运行的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大型变压器组三相参数不一致运行的判断方法，采用变压器组运行的限制条件作为判别标准，对变压器组相关参数的不平衡情况进行判断，以确定变压器组在三相参数不一致的情况下是否可以运行。本发明可为大型变压器组单相置换以及备用相的选取提供快速有效的判断方法。

Description

一种大型变压器组三相参数不一致运行的判断方法

技术领域

本发明涉及电力***运行分析领域，具体是一种大型变压器组三相参数不一致运行的判断方法。

背景技术

大型变压器组作为电力***中最重要的主设备之一，其安全稳定运行对于确保电网供电的可靠性起着至关重要的作用。在理想情况下认为变压器三相参数相同，正常运行时三相电流应对称；实际上变压器三相参数不完全相同，会产生不平衡电气分量。但是，大型变压器三相参数的不一致程度一般很小，对电网所造成的不平衡影响可以忽略。因此，目前对于大型变压器的运行分析主要集中于三相参数一致，或者是由于发生故障等因素造成短时的三相参数不同的情况开展分析；对于由于单台大型变压器本身三相参数不一致情况下投入运行这种情况尚未开展深入、***的研究工作。在国内外的标准、规程以及相关资料中，尚未对单台(大型)变压器三相参数不一致运行条件做出具体规定。

但是，随着近几年在大型变压器组事故处理中，出现了变压器组三相参数不一致的情况。即更换了损坏的某一相变压器后，变压器组三相的部分主要参数存在明显差异。如果将这样的变压器投入运行，变压器三相电压、电流将会出现较明显的不平衡，产生较大的负序、零序分量电流。这一方面会使该变压器本体的部分结构件温度增高，导致变压器损耗增加、负载能力下降；另一方面，会对近区电网的部分一次、二次设备的正常运行带来影响，造成电网运行稳定性下降、供电质量下降等情况，严重情况下有可能造成电网强迫停运。

因此，寻求一种大型三相变压器组参数不一致的运行判断方法是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大型三相变压器组参数不一致的运行判断方法，解决现有大型三相变压器组参数不一致运行缺乏判断条件的问题。

一种大型三相变压器组参数不一致的运行判断方法，分别设置Y0/Y0接线方式和Y0/Y或Y0/△接线方式变压器组运行的限制条件，其中

a)Y0/Y0接线方式变压器组运行的限制条件如下：

$\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}---\left(1\right)$

$\frac{-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{X_a}{X_b}<\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\text{+}\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(2\right)$

$\frac{-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{S_b}{S_a}<\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\text{+}\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(3\right)$

其中，ε_U，ε_I分别为三相电压不平衡度和三相电流不平衡度；k₁为原变压器变比，k₂为更换后的变压器变比；X_a为原变压器任一单相等效电抗，X_b为更换后的变压器等效电抗，X_L为负荷等效电抗；S_a为原变压器任一单相容量，S_b为更换后的变压器容量，当上述不等式(1)～(3)同时满足时，则判定三相变压器组满足正常运行条件，可以投入运行；

b)Y0/Y或Y0/△接线方式变压器组运行的限制条件

$\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}---\left(4\right)$

$\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_U}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_U}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_U}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_U}---\left(5\right)$

$-3{\mathrm{\&epsiv;}}_I-{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<|\frac{X_a}{X_b}-1|<{3\mathrm{\&epsiv;}}_I+{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(6\right)$

$-3{\mathrm{\&epsiv;}}_I-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<|\frac{S_b}{S_a}-1|<{3\mathrm{\&epsiv;}}_I+{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(7\right)$

当上述不等式(4)～(7)同时满足时，则判定三相变压器组满足正常运行条件，可以投入运行。

具体实施方式：

大型三相变压器组参数不一致运行判断条件，首先明确大型三相变压器组参数不一致运行的负序三相不平衡度关于变压器组参数(包括变比、短路阻抗和容量)的表达式，然后以三相负序不平衡度为大型变压器参数不一致运行的判断标准。具体步骤为：

(1)Y0/Y0接线方式变压器组运行的负序三相不平衡度表达式

a)计算变比不同对负序三相不平衡度影响的公式见式(8)表达：

${\mathrm{\&epsiv;}}_I=\frac{\left|I_2\right|}{\left|I_1\right|}\&times;100\%=\frac{|\frac{k_2}{k_1}(1+a^2)+a|}{|2\frac{k_2}{k_1}+1|}---\left(8\right)$

其中，ε_U，ε_I分别为三相电压不平衡度和三相电流不平衡度；U₁、U₂分别为电压正序和负序分量；I₁、I₂分别为电压正序和负序分量；k₁为原变压器变比，k₂为更换后的变压器变比；

b)计算短路阻抗不同对负序三相不平衡度影响的公式见式(9)

表达：

${\mathrm{\&epsiv;}}_I=\frac{\left|I_2\right|}{\left|I_1\right|}\&times;100\%=\frac{\left|a(X_a-X_b)\right|}{|2X_b+X_a+3X_L|}---\left(9\right)$

且有， $X_a=\frac{X_{\mathrm{sa}}\%}{100}\&times;\frac{V_N^2}{S_a},$ $X_a=\frac{V_{\mathrm{sb}}\%}{100}\&times;\frac{V_N^2}{S_b}---\left(10\right)$

其中，X_a为原变压器任一单相等效电抗，X_b为更换后的变压器等效电抗，X_L为负荷等效电抗；V_sa％、V_sb％分别为原变压器和更换后变压器任一单相短路阻抗，V_N为变压器额定电压，S_a、S_b分别为原变压器和更换后变压器的额定容量。

同时，由于当变压器三相参数确定后，运行的不对称程度将随负荷的增大而增大。因此这里负荷取变压器额定负载时所带的负荷，则负荷的等效阻抗Z_L为

$Z_L=\frac{{V_N}^2}{\sqrt{3}{S}_a}---\left(11\right)$

c)计算容量不同对负序三相不平衡度影响的公式见式(12)表达：

${\mathrm{\&epsiv;}}_I=\frac{\left|I_2\right|}{\left|I_1\right|}\&times;100\%=\frac{\left|a(\frac{1}{S_a}-\frac{1}{S_b})\right|}{|\frac{1}{S_b}+\frac{1}{2}\frac{100X_L}{V_N^2\&CenterDot;V_{\mathrm{sa}}\%}|}---\left(12\right)$

其中，S_a为原变压器任一单相容量，S_b为更换后的变压器容量。

(2)Y0/Y或Y0/△接线方式的变压器组运行判断条件表达式

a)计算变比不同对负序三相不平衡度影响的公式见式(13)表达：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&epsiv;U}=\frac{\left|U_2\right|}{\left|U_1\right|}\&times;100\%=\frac{|-a(k_2-k_1)|}{|{2k}_2+k_1|}\\ {\mathrm{\&epsiv;}}_I=\frac{\left|I_2\right|}{\left|I_1\right|}\&times;100\%=\frac{|\frac{k_2}{k_1}(1+a^2)+a|}{|2\frac{k_2}{k_1}+1|}\end{array}\right.---\left(13\right)$

其中，U₁、U₂分别为电压正序和负序分量；I₁、I₂分别为电压正序和负序分量；

b)计算短路阻抗不同对负序三相不平衡度影响的公式见式(14)表达：

${\mathrm{\&epsiv;}}_I=\frac{\left|I_2\right|}{\left|I_1\right|}\&times;100\%=\left|\frac{X_b-X_a}{3(X_b+X_L)}\right|---\left(14\right)$

c)计算容量不同对负序三相不平衡度影响的公式见式(15)表达：

${\mathrm{\&epsiv;}}_I=\frac{\left|I_2\right|}{\left|I_1\right|}\&times;100\%=\frac{|\frac{1}{S_b}-\frac{1}{S_a}|}{\left|3(\frac{1}{S_b}+\frac{100X_L}{V_N^2\&CenterDot;V_{\mathrm{sa}}\%})\right|}---\left(15\right)$

(3)以负序三相平衡度为限制条件，根据式(8)～(15)可以给出变压器变比、短路容量以及容量差异的运行条件，即可求出具体限制条件为：

a)Y0/Y0接线方式变压器组运行的限制条件

$\left\{\begin{array}{c}\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\\ \frac{-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{X_a}{X_b}<\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}+\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\\ \frac{-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{S_b}{S_a}<\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}+\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\end{array}\right.---\left(16\right)$

b)Y0/Y或Y0/△接线方式变压器组运行的限制条件

$\left\{\begin{array}{c}\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\\ \frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_U}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_U}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_U}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_U}\\ -3{\mathrm{\&epsiv;}}_I-{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<|\frac{X_a}{X_b}-1|<{3\mathrm{\&epsiv;}}_I+{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\\ -3{\mathrm{\&epsiv;}}_I-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\mathrm{\&epsiv;}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<|\frac{S_b}{S_a}-1|<{3\mathrm{\&epsiv;}}_I+{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\end{array}\right.---\left(17\right)$

下面以一个具体实施例为例进行说明：

根据国际IEC标准对负序三相不平衡度的要求，取ε_U≤3％，ε_I≤5％；

根据上述限制条件(16)、(17)，可以求得：

当变压器为Y0/Y0接线方式时，大型三相变压器组的变比、阻抗以及容量需要满足以下条件，即可投入运行

$\left\{\begin{array}{c}0.8636<\frac{k_2}{k_1}<1.1667\\ 0.9286-0.0714\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{X_a}{X_b}<1.0789+0.0789\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\\ 0.9286-0.0714\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{S_b}{S_a}<1.0789+0.0789\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\end{array}\right.---\left(18\right)$

当变压器为Y0/Y接线方式时，大型三相变压器组的变比、阻抗以及容量需要满足以下条件，即可投入运行：

$\left\{\begin{array}{c}0.915<\frac{k_2}{k_1}<1.096\\ 0.85-0.15\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{X_a}{X_b}<1.15+0.15\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\\ 0.85-0.15\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{S_b}{S_a}<1.15+0.15\left|\frac{X_L}{X_b}\right|\end{array}\right.---\left(19\right)$

以某变电站主变B相故障后，由于没有备用相，选择其他站的备用相进行更换，更换后的B相与原变压器部分参数差异较大。

表1主变参数

注：表中变比已通过主变抽头进行调整。

表2阻抗对比表

	备用相	A、C相
			高-中短路阻抗	44.76Ω	484Ω
高压-低压短路阻抗	2380Ω	16512Ω
			中压-低压短路阻抗	1711Ω	108.5Ω

由于该变压器为降压变压器，计算时只考虑高中和高低参数不一致的影响，由表1可以看出，两种变压器的接线方式都为Y0/Y0/△，即可知，高-中压侧可以看做Y0/Y0，而高低压侧可以看做Y0/△，因此根据式(18)和(19)，可得下表

表3不平衡结果对比表

从表3中可以看出，更换单相变压器后，备用相与其他两相的变比、高中压短路阻抗以及高、中压的容量均在条件允许范围内，满足运行要求。而高低压短路阻抗以及低压侧的容量，不满足限制条件的要求。

而根据实际运行以及仿真数据，可以看出，该变压器中压侧带负荷可以正常运行。表4为该变压器中压侧带480MW负荷时，实际运行及仿真的数据.

表4主变实测和仿真电流结果对比

表5低压侧带负载情况

	站用电负载	1组低压电抗器	1组低压电抗器	电容器组
					35kV绕组环流	略有增加	6.2倍	15.5倍	4.45倍
三相电流幅值	差异不大	有所增加	有所增加	有所增加
					三相电流相角	差异不大	变化	变化	变化
零序电流	差异不大	明显增加	明显增加	明显增加
					负序电流	差异不大	差异不大	差异不大	差异不大

从表4中，可以看出当中压侧带负载时，各相电流基本一致，更换的B相与其他两相有些微区别，但是在限制条件允许范围内。而当低压侧带负载时，35kV绕组环流、零序电流等将逐步增大，将对运行带来影响。该结果与根据本发明限制条件计算的结果基本一致。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种大型变压器组三相参数不一致运行的判断方法，其特征在于分别设置Y0/Y0接线方式变压器组运行的限制条件和Y0/Y或Y0/△接线方式变压器组运行的限制条件，其中

a)Y0/Y0接线方式变压器组运行的限制条件如下：

$\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}---\left(1\right)$

$\frac{-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{X_a}{X_b}<\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}+\frac{{3\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(2\right)$

$\frac{-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}-\frac{3{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<\frac{S_b}{S_a}<\frac{2{\mathrm{\&epsiv;}}_I+1}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}+\frac{{3\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(3\right)$

其中，ε_I为三相电流不平衡度；k₁为原变压器变比，k₂为更换后的变压器变比；X_a为原变压器任一单相等效电抗，X_b为X_a对应单相更换后的变压器等效电抗，X_L为负荷等效电抗；S_a为原变压器任一单相容量，S_b为S_a对应单相更换后的变压器容量，当上述不等式(1)～(3)同时满足时，则判定三相变压器组满足正常运行条件，可以投入运行；

b)Y0/Y或Y0/△接线方式变压器组运行的限制条件如下：

$\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_I}---\left(4\right)$

$\frac{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_U}{1+2{\mathrm{\&epsiv;}}_U}<\frac{k_2}{k_1}<\frac{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_U}{1-2{\mathrm{\&epsiv;}}_U}---\left(5\right)$

$-3{\mathrm{\&epsiv;}}_I-{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<|\frac{X_a}{X_b}-1|<3{\mathrm{\&epsiv;}}_I+{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(6\right)$

$-3{\mathrm{\&epsiv;}}_I-\frac{{3\mathrm{\&epsiv;}}_I}{1+{\mathrm{\&epsiv;}}_I}\left|\frac{X_L}{X_b}\right|<|\frac{S_b}{S_a}-1|<3{\mathrm{\&epsiv;}}_I+{\mathrm{\&epsiv;}}_I\left|\frac{X_L}{X_b}\right|---\left(7\right)$

其中，ε_U为三相电压不平衡度，当上述不等式(4)～(7)同时满足时，则判定三相变压器组满足正常运行条件，可以投入运行。