110kV线路缺相运行分析及处置

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摘 要：本文用对称分量法分析了110kv线路单相缺相带主变运行时断口点电压差及中性点不接地110kVYNyn0d11变压器高压侧单相缺相时高、中、低三侧电压特征，为电力调度员快速判断、正确故障处置提供理论依据，从而确保地区电网、设备安全可靠运行。

关键词：缺相运行；对称分量法；线电压；相电压

中图分类号：TM726 文献标识码：A

110kV电网一般为开环运行，其电源侧（一般为220kV变电站）有且仅有一台220kV主变变高、变中中性点地刀合上，110kV地方电源变电站有且仅有一台110kV主变变高中性点地刀合上，其他110kV运行主变中性点地刀一般在分位，因此，当110kV线路发生缺相时，系统一般不会产生故障电流，也不会产生零序电流，110kV缺相线路将长期保持运行，若主变不能通过间隙保护跳闸，将对主变、用户造成很大的影响。

1.案例

图1为某供电局某区域局部110kV电网正常运行方式图。图中，A站为220kV变电站，与无穷大系统相连，有且仅有1台主变变高、变中侧中性点直接接地；B站、C站、D站、E站均为110kV变电站，主变中性点地刀均拉开；D站主变型号为YNyn0d11的三绕组变压器；E站10kV侧有小水电，主变间隙保护投入；图中实心表示开关在合位，空心标示开关在空位。

2014年5月21日19时44分，EMS系统告警：

19时44分41秒EMS事故告警，110kVE站#2主变事故跳闸。

19时45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1M线电压越下限（8.94kV）

19时45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1MB相电压越下限（2.74kV）

19时45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1MC相电压越下限（3.33kV）

19时45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MB相电压越下限（19.79kV）

19时45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MB相电压越下限（18.46kV）

19时45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MC相电压越下限（4.28kV）

异常发生后，调度员通过了解，E站主变为“间隙过流保护”，再向E站了解110kV母线C相电压约为34kV，A、B两相正常；C站110kV母线C相电压约为34kV，A、B两相正常；由于110KVPT无高压熔断器，所以判断110kVBC线缺相运行。

2.提出疑问

但如果110kVBC线只供电C站，且C站为两绕组变压器，调度员将难以判断以下两方面：（1）对10kV及35kV母线电压异常难以判断，无法判断是接地、PT高压保险熔断还是谐振或其他异常？（2）在确定是110kVBC线缺相后，是同期合110kVC站AC线开关，再停110kVBC线；还是先停110kVBC线（110kVC站、E站停电），再通过110kVBC线恢复110kVC站、E站供电？

3.断口电压差计算

由于110kVC站主变110kV为“Y”型接线，且中性点地刀拉开，所有110kVC站主变变高侧中性点的电压等于110kVC站110kV母线C相相电压，其三相电压矢量图如图2所示。

如图2所示，正常运行时110kVB站、C站110kV母线三相相电压的大小及方向分别为0A、0B、0C，当110kVBC线C相缺相时，110kVC站110kV母线A、B相电压和方向不变，分别为0A’、0B’，C站主变变高侧中性点的电位为A’B’的中点，所以C站110kVC相电压为OC’。若令110kV系统相电压大小为E，0C的角度为0度。则：

=E∠240 =E∠120 =E∠0

==0.5E∠180

断口电压差=-=1.5E∠0

由上可知，在110kV线路缺相带主变运行时，断口点电压差为1.5倍相电压，因此，不能直接同期合线路开关；同时由于主变中性点处电压为0.5倍相电压，因此，不能直接合主变中性点地刀，必须直接停主变。

4.C站高压侧相电压序分量分析

3U0=++

=E∠240+E∠120+0.5E∠180

=1.5E∠180

U0=0.5E∠180

=U1+U2+0.5E∠180

=U1∠120+U2∠240+0.5E∠180

=U1∠120+U2∠120+0.5E∠180

U1=0.5E∠0

U2=0.5E∠180

UA==0.5E∠240+0.5E∠300+ 0.5E∠180

UB==0.5E∠120+0.5E∠60+ 0.5E∠180

UC==0.5E∠0+0.5E∠180+ 0.5E∠180

则C站高压侧相电压序分量如图3所示。

5.C站中、低压侧相电压零序分量分析

如图4所示，以110kV两卷变压器为例，由于110kV侧中性点不接地，零序阻抗无穷大，不存在零序电流，零序电压只能通过高低压绕组间电容及低压侧三相对地电容形成一个回路，将零序电压传递到低压侧。分别表示为Ua0、Ub0、Uc0。

则：Ua0=Ub0=Uc0=0.5E*C12/（C12+ 3C0）

且低压侧方向与高压侧零序电压方向相同。

以一台SZ9-40000/110变压器为列C12约为4000PF，1公里10kV无架空地线单回线路3C0约为7000PF，1公里10kV电缆线路3C0约为280000PF，因此一般情况下10kV系统3C0将远大于高低压绕组间电容，10kV侧产生的零序电压可以忽略。但若考虑最恶劣情况，即10kV侧空载运行，侧3C0为低压侧三相绕组对地电容（大小约为3倍C12）。

此时：Ua0=Ub0=Uc0=0.5E*C12/（C12+ 3C0）=E/8

E为高压侧相电压，换算到低压侧，则为11/8倍10kV侧相电压。

我们知道，电容的大小，与介质材料，正对面积及正对距离有关，因此，一般来说，主变绕组间电容差距不大，假设主变中低压侧均空载运行。则三卷变压器绕空载运行时电容传递电压图如图5所示。

此时，中压侧及低压侧零序电压均为：

Ua0=Ub0=Uc0=0.5E*C/（C+ 3C）=E/8

换算至35kV侧为0.39倍35kV侧相电压。

换算至10kV侧为1.38倍10kV侧相电压。

由上分析可知，三卷变压器空载运行时，在中压侧约会产生0.39倍相电压，在低压侧约会产生1.38倍相电压。三卷变压器负载运行时，即中、低压侧均会产生的一定的零序电压，与其对应的系统越大，即对地电容越大，产生的零序电压越小。因此，在110kV线路缺相运行时，尽量不要先断主变变电开关，乙方低压侧产生较高的零序过电压，另外，停空载主变时一般比停负责主变产生的过电压要大，建议上述案例处理时直接断开110kV B站BC线开关，再在停电的情况下将110kV C站主变及BC线开关转热备用，最后通过110kV CD线恢复110kV C站、E站供电。

6.C站低压侧电压分析

由于变压器型号为YNyn0d11，低压侧正序分量超前高压侧正序分量30度，低压侧负序分量滞后高压侧正序分量30度，令低压侧相电压为E′，产生的零序电压为U′0。其向量分析图如图6～图8所示。

U′A=0.5E′∠（240+30）+0.5E′∠（300-30）+U′0∠180=E′∠270+U′0∠180

U′B=0.5E′∠（120+30）+0.5E′∠（60-30）+U′0∠180=0.5E′∠90+U′0∠180

U′C=0.5E′∠（0+30）+0.5E′∠（180-30）+U′0∠180=0.5E′∠90+ U′0∠180

U′AB=U′A-U′B=E′∠270+U′0∠180-（0.5E′∠90+U′0∠180）=1.5E′∠270

U′AC=U′A-U′C=E′∠270+U′0∠180-（0.5E′∠90+U′0∠180）=1.5E′∠270

U′BC=U′B-U′C=（0.5E′∠90+ U′0∠180）-（0.5E′∠90+U′0∠180）=0

7.C站中压侧电压分析

由于变压器型号为YNyn0d11，中压侧相电压与高压侧相电压相位相同，令中压侧相电压为0.5E″，产生的零序电压为U″0。其向量分析图如图9所示。

U″A=0.5E″∠240+0.5E″∠300+U″0 ∠180=E″∠270+U″0∠180

U″B=0.5E″∠120+0.5E″∠60+U″0 ∠180=E″∠90+U″0∠180

U″C=0.5E″∠0+0.5E″∠180+U″0 ∠180=U″0∠180

U″AB=U″A-U″B=（E″∠270+ U″0∠180）-（E″∠90+U″0∠180）= E″∠270

U″AC=U″A-U″C=（E″∠270+ U″0∠180）-（U″0∠180）=E″∠270

U″BC=U″B-U″C=（E″∠90+ U″0∠180）-（U″0∠180）=E″∠90

8、C站C相缺相运行后三侧相电压、线电压情况

假设高压侧、中压侧、低压侧相电压大小分别为E、E″、E′，零序电压大小分别为U0、U″0、U′0，高压侧C相相电压初相角为0度，则高压侧C相缺相运行后（主变不跳闸）时各侧相电压、线电压情况见表1。

案例中B站三侧实际电压情况见表2。

对比以上两表，考虑中低压侧中性点存在零点漂移、PT误差及高次谐波等影响，结论基本正确。

结语

110kV线路带主变单相缺相运行时，系统会负序电压，严重影响主变及用户电器设备的使用寿命，调度员应迅速正确处：（1）对于110kV两卷变压器，10kV母线发生两相相电压降低，一相基本不变，且降低的两相电压之和基本等于相电压时，应考虑主变缺相运行。（2）对于110kV三卷变压器只供电35kV母线，若中压侧母线其中两相相电压变为原相电压的约0.9倍，另一相相电压低于0.4倍相电压时，应考虑主变缺相运行。（3）对于110kV三卷变压器中、低压侧母线电压同时异常时也应考虑主变缺相运行。（4）若怀疑主变缺相运行，可查看主变各侧电压（变化情况见表1），再看110kV缺相运行线路的三相电流，故障相电流应为0（若故障线路为T接线路，则电源侧的故障相相电流小于其它两相）。（5）由于缺相断口点两端电压差为1.5倍相电压，缺相运行主变高压侧中性点电压为0.5倍相电压，因此，不能通过合环操作恢复主变三相正常运行，也不能带电直接合主变中性点地刀。（6）主变缺相空载运行时，主变低压侧会产生较大的零序过电压，因此主变缺相运行时不能先断主变变低开关，应直接断开故障110kV线路电源侧（T接线路可断负荷侧线路开关），直接将主变停电后再通过其他电源逐步恢复供电。（7）在35kV母线断线（接地）时，关注负荷侧35kV变电站的35kV母线电压及10kV母线电压，从而快速判断断线线路。

建议：（1）建议调度自动化系统采集各段母线的三相相电压及三相间线电压及各开关的三相电流，以方便调度员对各种异常进行快速判断。（2）建议配网自动化系统适当采集配变低压侧的三相电压，便于快速判断10kV母线断线（接地）故障。

参考文献

[1]李光琦.电力系统暂态分析[M].北京：水利电力出版社，2007.