220kV變壓器兩種低壓側(cè)限流方式的研究與應(yīng)用

唐甜甜

摘 要：220kV三相三繞組變壓器運(yùn)行中常面臨低壓側(cè)短路電流過大的問題，通常限制低壓側(cè)短路電流，有選用高阻抗變壓器和選用常規(guī)變壓器+限流電抗器這兩種方式。本文深入研究這兩種限流方式的限流能力，并以某220kV變電站為例，對(duì)這兩種方式在低壓側(cè)限流、成本投資等方面進(jìn)行簡單比較和分析。

關(guān)鍵詞：短路電流；限流電抗器；高阻抗變壓器；

0 前言

據(jù)相關(guān)變壓器故障的資料表明，電力系統(tǒng)中變壓器的損壞絕大部分是由于短路故障引起的，提高變壓器的抗短路能力是降低短路故障的關(guān)鍵因素。而我們知道短路電流減小則短路力會(huì)隨之減小，故限制低壓側(cè)短路電流值，是提高變壓器的抗短路能力的關(guān)鍵因素。

高阻抗三繞組變壓器一般高低和中低之間為高阻抗，高中阻抗和常規(guī)變壓器基本一致。非標(biāo)準(zhǔn)高阻抗變壓器的抗短路能力較常規(guī)變壓器有大幅度的提高，但成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本文主要研究這兩種限流方式下，短路電流數(shù)值、變壓器損耗和經(jīng)濟(jì)技術(shù)等方面的對(duì)比，并以某220kV變電站工程為例，對(duì)這兩種限制低壓側(cè)短路電流的選型方式進(jìn)行應(yīng)用研究。

1 低壓側(cè)短路電流計(jì)算

1.1 變電站中低壓側(cè)短路電流允許值

結(jié)合《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)責(zé)》Q/GDW-2012[2]中，對(duì)A類、B類和C類變電站短路電流水平的規(guī)定，本文中變電站的母線的短路電流最大允許值設(shè)為25 kA。

1.2 常規(guī)限流方式中限流電抗器的選擇

限流電抗器選擇時(shí)，其電抗百分?jǐn)?shù)Xk%和壓降損失百分?jǐn)?shù)△U必須分別滿足：

Xk%≥（Ij/I-Xj*）IkeUj/UkeIj×100%

△U%=Xk%sinφI/Ike≤5%

其中，Ij和Uj分別為基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電流，Xj*為加限流電抗器前的網(wǎng)絡(luò)阻抗標(biāo)幺值；Ike和Uke分別為限流電抗器的額定電壓和額定電流，I為電抗限制后所要求的短路次暫態(tài)電流，Ig為正常工作狀態(tài)下的電流，φ為負(fù)荷功率因數(shù)角，一般取sinφ為 0.6。

1.3 高阻抗變壓器阻抗值的選擇

根據(jù)10kV側(cè)母線三相短路電流限制在25kA的限制條件，用lingo做非線性規(guī)劃求解，初步選定高阻抗變壓器阻抗，具體計(jì)算方法見參考文獻(xiàn)。

1.4 不同限流方式下短路電流計(jì)算

在確定了限流電抗器的數(shù)值和高阻抗變壓器的阻抗值后，以下列三種運(yùn)行方式做短路電流計(jì)算并比較。第一種方式為常規(guī)變壓器不加限流電抗器的運(yùn)行方式；第二種為常規(guī)變壓器加限流電抗器的運(yùn)行方式；第三種為高阻抗變壓器的運(yùn)行方式。

2 變壓器損耗分析

忽略空載電流在一次繞組上產(chǎn)生的損耗，則空載損耗可視為鐵耗，即P0≈PFe。負(fù)荷損耗可視為額定電流下的銅耗，即Pk=I12（r1+r2）=PCu/β2，（I1為一次側(cè)額定電流；r1+r2為短路電阻；β為負(fù)載系數(shù)）。

3 研究與應(yīng)用

本文主要討論針對(duì)220kV變壓器的兩種限流方式，在理論基礎(chǔ)上，以某220kV變電站為例，從低壓側(cè)短路電流值、變壓器損耗、投資成本、檢修運(yùn)行等方面對(duì)這兩種限流方式進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用研究。

3.1 變電站概況

某變電站采用全戶外設(shè)計(jì)工程，遠(yuǎn)期規(guī)劃安裝2臺(tái)180MVA有載調(diào)壓變壓器，近期1臺(tái)，電壓等級(jí)為220/110/10kV；220kV出線4回，雙母線接線；110kV出線12回，單母線分段接線；10kV出線14回，單母線分段接線；無功補(bǔ)償容量：3×6Mvar低壓電容器；架空加電纜進(jìn)出線，短路阻抗為高中14%，高低24%，中低7.7%。

3.2 短路電流計(jì)算

該220kV變電站10kV側(cè)短路容量為90MVA，計(jì)算得限流電抗器額定電流選3000A，裝至變壓器低壓側(cè)出口， Xk%=14.4%，加電抗器后10kV側(cè)三相短路電流為24.39kA。

高阻抗限流方式下，解得高阻抗變壓器的阻抗值為U12=13%，U13=39%，U23=21%，低壓側(cè)三相短路電流為23.64kA。

相比于常規(guī)變壓器方式下低壓側(cè)電流63.92kA，這兩種改進(jìn)方式限流效果相當(dāng)。

3.3 變壓器損耗計(jì)算

在β=75%負(fù)載情況下對(duì)兩種方式的空載損耗和負(fù)載損耗值計(jì)算并比較。

高阻抗變壓器空載損耗為122.7kW略高于加限流電抗器方式的113.2kW，負(fù)載損耗554.8kW低于加限流電抗器方式的558.6kW。兩種方式下，空載損耗和負(fù)載損耗的數(shù)值仍滿足GB/T 6451—2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》。

3.4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析

在投資方面，按國網(wǎng)招標(biāo)價(jià)進(jìn)行計(jì)算，高阻抗變壓器比常規(guī)變壓器設(shè)備費(fèi)高50萬，考慮增加三組限流電抗器后，單獨(dú)看設(shè)備費(fèi)仍比高阻抗變壓器要高。除考慮設(shè)備費(fèi)外，增加限流電抗器的方案需要考慮增加連接導(dǎo)體、土建、征地等費(fèi)用，整體造價(jià)也比較高，故以上兩種限流方式的總投資相差不大。

加裝保護(hù)裝置方面，常規(guī)方式由于新增限流電抗器，需要新增電抗器保護(hù)，設(shè)備費(fèi)會(huì)相應(yīng)增加；限制短路電流數(shù)值方面，高阻抗變壓器能限制變壓器近口的短路故障電流，但加裝限流電抗器方式下，雖然經(jīng)電抗器出口后短路電流值有所下降，但變壓器出口短路電流仍比較大。

另外，兩種方式主要的區(qū)別在于，常規(guī)變壓器加限流電抗器方式需要著重考慮電抗器對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的電磁干擾，而高阻抗變壓器由于其設(shè)備的一體性，不易檢修，故需重點(diǎn)考慮運(yùn)行中檢修的費(fèi)用。

4 分析與結(jié)論

結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，本文所述對(duì)低壓側(cè)的兩種限流方式中，采用高阻抗變壓器最大的優(yōu)點(diǎn)是解決了限流抗器電磁干擾問題，同時(shí)節(jié)約占地面積；采用常規(guī)變壓器加限流電抗器方式最大的優(yōu)點(diǎn)是便于檢修，且檢修費(fèi)用低。

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