鋁業(yè)變直降式自耦調(diào)壓變壓器零序電流保護(hù)分析

陶 冶，田鵬飛

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

鋁業(yè)變直降式自耦調(diào)壓變壓器零序電流保護(hù)分析

陶 冶，田鵬飛

（國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

忠旺鋁業(yè)一期工程是遼寧電網(wǎng)大型用戶工程，變電站共設(shè)7臺(tái)13萬(wàn)kVA調(diào)壓整流變，是遼寧省電力公司首個(gè)針對(duì)電解行業(yè)的220 kV接入工程。由于電解鋁采用串聯(lián)低壓大電流電解槽，故站內(nèi)主要設(shè)備調(diào)壓整流變結(jié)構(gòu)特殊，在中壓側(cè)而不是高壓側(cè)進(jìn)行調(diào)壓且調(diào)壓范圍較大，其相應(yīng)的零序電流保護(hù)亦呈現(xiàn)出一定的特殊性，因此以500 kV系統(tǒng)聯(lián)變零序電流計(jì)算為基礎(chǔ)，對(duì)調(diào)壓變各種故障情況下的零序電流進(jìn)行分析，并嘗試給出保護(hù)整定方案。

調(diào)壓；自耦變；中性點(diǎn)；零序電流

1 鋁業(yè)變概況

遼寧電網(wǎng)220 kV鋁業(yè)變通過(guò)2回線路渤鋁1、2號(hào)線接入渤海變。一次接線如圖1所示。

圖1 鋁業(yè)變一次接線圖

鋁業(yè)變母線接線為雙母線，共7臺(tái)調(diào)壓整流變、2臺(tái)動(dòng)力變。調(diào)壓整流變?yōu)檎{(diào)壓變、整流變通過(guò)軟連接形成。調(diào)壓變?yōu)橹苯凳阶择钭儔浩鳎泳€形式為YNa0／d11，調(diào)壓范圍為110～1 100 kV（相電壓）。

2 遼寧電網(wǎng)整定原則

根據(jù)遼寧電網(wǎng)整定原則，網(wǎng)側(cè)后備保護(hù)與變壓器差動(dòng)保護(hù)配合，正常保護(hù)范圍不超出變壓器低壓側(cè)。由于該工程所采用的直降式自耦調(diào)壓變的調(diào)壓范圍大，二次側(cè)輸出電流變化較大，二次出線由多股銅線編織而成，導(dǎo)致配置TA困難，因此沒(méi)有配置變壓器電流差動(dòng)保護(hù)，該變壓器保護(hù)采用兩段過(guò)電流（可選帶方向）、兩段零序過(guò)流（可選帶方向）、中性點(diǎn)零序過(guò)流作為變壓器電氣量主保護(hù)。

為滿足變壓器保護(hù)的速動(dòng)性，此次整定決定利用高壓側(cè)過(guò)流保護(hù)和高壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù)為調(diào)壓變中壓側(cè)出口故障有靈敏度的快速保護(hù)。根據(jù)故障類型，分別計(jì)算過(guò)流、零序過(guò)流保護(hù)。

3 調(diào)壓變參數(shù)

調(diào)壓變采用粗、細(xì)調(diào)繞組兩級(jí)調(diào)壓方式。粗調(diào)繞組與高壓繞組為自耦形式，細(xì)調(diào)繞組獨(dú)立纏繞在鐵芯上，該結(jié)構(gòu)使變壓器各項(xiàng)參數(shù)與傳統(tǒng)的220 kV系統(tǒng)降壓變有較大不同。

變壓器充油后，1號(hào)調(diào)壓變正序參數(shù)如圖2所示，零序參數(shù)如圖3所示。

圖2 調(diào)壓變正序參數(shù)

圖3 調(diào)壓變零序參數(shù)

由圖2、圖3可以看出，調(diào)壓變正、零序參數(shù)均隨調(diào)壓變二次粗、細(xì)調(diào)檔位變化而變化。調(diào)壓變?yōu)?柱式變壓器，其正序和零序參數(shù)也有較大不同。通過(guò)圖1、圖2可以看出，兩者在高分接時(shí)形狀較為吻合，與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相符。兩者的不同在調(diào)壓變處于低分接時(shí)，尤其是粗調(diào)繞組用盡時(shí)，兩者呈現(xiàn)較大背離［1］。

4 故障電流計(jì)算

系統(tǒng)計(jì)算方式如表1所示。

表1 系統(tǒng)計(jì)算方式p.u.

大方式：渤海變?nèi)绞?，渤鋁1、2號(hào)線；小方式：渤海變?nèi)绞?，渤鋁1號(hào)線。

4.1 調(diào)壓變高壓側(cè)接地故障計(jì)算

4.1.1 調(diào)壓變中性點(diǎn)直接接地高壓側(cè)故障

其零序等效電路如圖4所示。其零序電流計(jì)算結(jié)果如表2所示。

圖4 調(diào)壓變中性點(diǎn)直接接地高壓側(cè)故障零序等效電路

圖4中：χ0T1＋χ0T3＝70.2 Ω（0.145 p.u.）為系統(tǒng)及線路零序電抗；χ0TP＝134 Ω（0.277 p.u.）為動(dòng)力變零序電抗。

表2 調(diào)壓變中性點(diǎn)直接接地高壓側(cè)故障零序電流計(jì)算結(jié)果

計(jì)算過(guò)程與系統(tǒng)正常變壓器高壓側(cè)故障相同，由于變壓器中壓側(cè)零序等值為開(kāi)路，支路沒(méi)有電流流過(guò)，因此結(jié)果不隨中壓側(cè)分接頭位置變化而變化。由于調(diào)壓變中壓側(cè)開(kāi)路，調(diào)壓變高壓側(cè)零序電流與中性點(diǎn)零序電流實(shí)際上為同一電流（I0T1）［2］。

4.1.2 調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地高壓側(cè)故障

當(dāng)調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地時(shí)，若高壓側(cè)發(fā)生故障，由于中壓側(cè)沒(méi)有零序通路，等效諧振三角形自身形成對(duì)地并聯(lián)諧振，即對(duì)地電抗無(wú)窮大，調(diào)壓變高壓側(cè)與中性點(diǎn)均不會(huì)流過(guò)零序電流。

4.2 調(diào)壓變中壓側(cè)接地故障計(jì)算

4.2.1 調(diào)壓變中性點(diǎn)接地中壓側(cè)故障

其零序等效電路如圖5所示。

圖5 調(diào)壓變中性點(diǎn)接地中壓側(cè)故障零序等效電路

圖5中：χ0T1＋χ0T3＝70.2 Ω（0.145 p.u.）；χ0TP＝134 Ω（0.277 p.u.）。

調(diào)壓變中性點(diǎn)接地中壓側(cè)故障高壓側(cè)零序電流如圖6所示，中性點(diǎn)零序電流如圖7所示。

圖6 調(diào)壓變中性點(diǎn)接地中壓側(cè)故障高壓側(cè)零序電流

圖7 調(diào)壓變中性點(diǎn)接地中壓側(cè)故障中性點(diǎn)零序電流

由圖6、圖7可以看出，中壓側(cè)軟連接處發(fā)生故障時(shí)，調(diào)壓變高壓側(cè)零序電流隨分接頭下降而下降，中性點(diǎn)零序電流則呈現(xiàn)出相反特性［3］。如果適當(dāng)設(shè)置高壓及中性點(diǎn)零序方向過(guò)流定值，即高分接頭時(shí)保證高壓零序有靈敏度，低分接頭時(shí)中性點(diǎn)零序保護(hù)有靈敏度，則可保證在任何分接頭狀態(tài)下中壓側(cè)故障零序過(guò)流保護(hù)有靈敏度。

4.2.2 調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地中壓側(cè)故障

因?yàn)殇X廠側(cè)沒(méi)有低壓電源，故220 kV側(cè)故障不會(huì)導(dǎo)致由中壓側(cè)向高壓側(cè)的故障電流。但因?yàn)?繞組自耦變的特性，中壓側(cè)發(fā)生故障時(shí)，雖然中性點(diǎn)不接地不會(huì)有零序電流流過(guò)，但仍會(huì)有由高壓側(cè)流向變壓器本體的零序電流［4］。調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地中壓側(cè)故障等效電路如圖8所示。

圖8 調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地中壓側(cè)故障等效電路

圖8中：

其中k12為調(diào)壓變高壓對(duì)中壓側(cè)變比。

各分接頭下調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地中壓側(cè)故障高壓側(cè)零序電流如圖9所示。

圖9 各分接頭下調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地中壓側(cè)故障高壓側(cè)零序電流

由圖9可以看出，調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地情況下，中壓側(cè)發(fā)生單相接地故障，調(diào)壓變高壓側(cè)仍有較大的零序電流流過(guò)，這意味著在調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的情況下，通過(guò)在調(diào)壓變高壓側(cè)設(shè)置零序方向過(guò)流保護(hù)可以在絕大部分分接頭下對(duì)調(diào)壓變中壓側(cè)接地故障進(jìn)行保護(hù)［5］。

5 結(jié)束語(yǔ)

與常見(jiàn)的220 kV變電站不同，鋁業(yè)變共有7臺(tái)直降式自耦調(diào)壓變?yōu)橹彝X廠提供電力。而該調(diào)壓變?yōu)橹苯凳阶择钭儔浩?，在投退過(guò)程中均需接地［6］，同時(shí)本體因?yàn)橹袎簜?cè)電壓直降式調(diào)節(jié)及額定電流過(guò)大沒(méi)有配備變壓器差動(dòng)保護(hù)，對(duì)接地故障的保護(hù)提出了新的要求。針對(duì)以上情況，分3種情況對(duì)不同的故障點(diǎn)及保護(hù)安裝處分別進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合調(diào)壓變低壓側(cè)沒(méi)有零序通路的特點(diǎn)對(duì)調(diào)壓變的高壓、中性點(diǎn)零序過(guò)流保護(hù)進(jìn)行了配置。該整定方法可做到調(diào)壓變中性點(diǎn)接地時(shí)全部分接頭調(diào)壓變高壓、中性點(diǎn)零序過(guò)流對(duì)高壓側(cè)、中壓側(cè)接地故障有靈敏度；在調(diào)壓變中性點(diǎn)不接地情況下，調(diào)壓變高壓側(cè)零序過(guò)流保護(hù)在大多數(shù)高分接頭情況下對(duì)調(diào)壓變高壓側(cè)、中壓側(cè)接地故障有靈敏度。該整定方案最大限度保證了調(diào)壓變?cè)跊](méi)有電氣量差動(dòng)保護(hù)的情況下，對(duì)接地故障有較好的靈敏度和較快的動(dòng)作時(shí)間。

［1］ 顏麗娟，楊淑英，倪臘琴，等.500kV中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地自耦變壓器后備保護(hù)整定計(jì)算的研究［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，40（2）：77-81，87.

［2］ 王 磊，徐丙華.華東電網(wǎng)500 kV自耦變壓器中性點(diǎn)小電抗接地應(yīng)用的研究［J］.變壓器，2010，47（5）：53-56.

［3］ DL／T 559—2007，220 kV～750 kV電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行整定規(guī)程［S］.

［4］ 張延鵬.東北電網(wǎng)500 kV線路零序反時(shí)限保護(hù)應(yīng)用研究［J］.東北電力技術(shù)，2010，31（5）：18-20.

［5］ 張延鵬.廣域控制和后備保護(hù)應(yīng)用［J］.東北電力技術(shù)，2011，32（7）：49-50.

［6］ 袁進(jìn)禹.110 kV直降式自耦調(diào)壓變壓器在鋁電解整流電源中的應(yīng)用［J］.輕金屬，1998，35（12）：44-50.

Analysis on Zero-sequence Current Protection of Direct step?down Auto?transformer in Aluminium Industry

TAO Ye，TIAN Peng?fei
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Phase?1 project of Zhongwang aluminum?refinery substation is a large?scale customer project of Liaoning power grid.The substation which is the first 220 kV project of electrolysis industry in Liaoning province is composed of 7 transformers with 130 MVA. Electrolytic aluminium use series circuits low?voltage high?current electrolytic tank，regulating rectifier transformers has special struc?ture，voltage regulation is at the middle?pressure side and regulation range is wide，zero?sequence current protection has its unique characteristics.Zero?sequence current is analyzed under various conditions based on the configuration of 500 kV?220 kV transformer and protection measure is proposed in this paper.

Voltage regulation；Auto?transformer；Neutral point；Zero?sequence current

TM411.3

A

1004-7913（2015）06-0051-03

陶 冶（1984—），男，碩士，工程師，從事繼電保護(hù)與智能電網(wǎng)研究工作。

2015-04-20）