摘 要：文章針對(duì)昆明供電局110kV呈貢變更換下來(lái)的110kV三繞組變壓器搬遷至怒江110kV茨開(kāi)變按裝繞組變運(yùn)行所遇到的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行討論分析。

關(guān)鍵詞：主變壓器；靜電感應(yīng)；電磁感應(yīng)；過(guò)電壓

1 概述

由于負(fù)荷的發(fā)展，昆明供電局110kV呈貢變電站原有31.5MVA三相三繞組主變壓器已不能滿足變電站運(yùn)行的要求，需更換容量更大的變壓器。為了在全生命周期內(nèi)對(duì)該設(shè)備進(jìn)行有效的利用，將其搬遷至怒江110kV茨開(kāi)變電站作為#2主變壓器作為110kV/雙繞組變壓器使用。這種運(yùn)行方式除了變壓器低壓繞組Y/△相角差問(wèn)題導(dǎo)致該變壓器和變電站原有變壓器不能夠并列運(yùn)行外，變壓器懸空的10kV繞組面還臨著嚴(yán)峻的過(guò)電壓?jiǎn)栴}。對(duì)于前者可以通過(guò)調(diào)整運(yùn)行方式解決，但對(duì)于后者處理不當(dāng)將會(huì)給變電站設(shè)備的安全運(yùn)行帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。

2 主要面臨的問(wèn)題

由于變壓器10kV△繞組未接外部電路，因此沒(méi)有外部電路傳入的雷電及操作過(guò)電壓的風(fēng)險(xiǎn)，主要過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自中高壓側(cè)所接外部電路侵入傳遞過(guò)來(lái)的工頻、雷電及操作過(guò)電壓。

2.1 高壓繞組的波過(guò)程

如圖1所示每相變壓器繞組等值電路由繞組電感L0，匝間電容K0及繞組對(duì)地電容C0串并聯(lián)組成。當(dāng)雷電波侵入瞬間由于電感作用電壓不能突變，因此可忽略電感L0的影響。瞬時(shí)的繞組等值電路可簡(jiǎn)化為圖2所示。

圖1 變壓器繞組等值電路

圖2 雷電波侵入瞬間繞組等值電路

由圖2可知進(jìn)波瞬間，繞組等值電路為梯形電路，繞組上的電壓分布按圖3、圖4中曲線1所示。隨著時(shí)間發(fā)展暫態(tài)過(guò)程向著穩(wěn)態(tài)發(fā)展，此時(shí)電容相當(dāng)于開(kāi)路，電感L0相當(dāng)于短路（圖3中曲線2），由于侵入過(guò)電壓波所帶能量的原因，圖3中曲線1-曲線2-曲線3的過(guò)渡是一個(gè)L-C-K震蕩的過(guò)程。

由于變壓器高壓側(cè)按規(guī)程是設(shè)置有避雷器的，過(guò)電壓波侵入高壓繞組前已經(jīng)避雷器放電，因此U0這里也可理解為避雷器殘壓。

2.2 雷電波對(duì)低壓繞組的影響

雷電波從高壓側(cè)侵入并向低壓側(cè)繞組傳播是兩個(gè)過(guò)程共同作用的結(jié)果：一個(gè)通過(guò)電磁感應(yīng)傳播，另一個(gè)通過(guò)靜電感應(yīng)傳播。

2.2.1 電磁感應(yīng)對(duì)低壓繞組的影響。當(dāng)雷電波侵入變壓器高壓繞組后，在高（中）壓產(chǎn)生相應(yīng)的電流電壓，是一個(gè)震蕩并逐步衰減的過(guò)程，在鐵芯中產(chǎn)生磁通，并在低壓繞組中感應(yīng)相應(yīng)的電壓。高低壓側(cè)電壓和繞組變比n成正比。考慮到侵入雷電波在高壓繞組的震蕩過(guò)程，實(shí)際通過(guò)電磁傳遞的到低壓繞組的電壓要高一些。

2.2.2 靜電感應(yīng)對(duì)低壓繞組的影響。如圖4所示，由于繞組間存在靜電電容耦合，傳遞至低壓繞組的靜電感應(yīng)分量和穩(wěn)定繞組原有正序電壓相疊加，使繞組三相電位同時(shí)抬高，其大小是由高、低（中、低）壓繞組間電容C12和低壓繞組側(cè)對(duì)地電容C2決定的，即u2=，由于本工程低壓繞組不接任何負(fù)荷，僅有低壓繞組對(duì)地電容C2，其對(duì)地電容很小，雷電波的靜電分量可達(dá)到一個(gè)很高的數(shù)值。

2.3 工頻過(guò)電壓對(duì)低壓繞組的影響

當(dāng)變壓器高、中壓側(cè)發(fā)生不對(duì)稱接地故障、斷路器非全相或不同期動(dòng)作時(shí)，可能出現(xiàn)零序電壓u0，也可以通過(guò)變壓器繞組間電容耦合的方式傳遞至低壓繞組，與原有正序電壓相疊加。和雷電波的靜電分量傳遞現(xiàn)象一樣，△繞組側(cè)傳遞電壓U2也是由其與高、中壓繞組間電容C12和低壓繞組對(duì)地電容C0決定。

3 低壓繞組的過(guò)電壓保護(hù)措施

圖4 高、低壓繞組間靜電感應(yīng)電路

從有關(guān)的國(guó)標(biāo)、行標(biāo)準(zhǔn)可以查到以下措施：

從表1可以看出，本工程的低壓繞組可有三種過(guò)電壓保護(hù)方式：（1）低壓繞組單相接地。采用單相接地作為低壓繞組過(guò)電壓保護(hù)方式，將△繞組的一端固定在地電位，其他兩相對(duì)地電壓也就固定在了p.u的電位上，因此對(duì)于低壓△繞組本身而言將感應(yīng)過(guò)電壓的危險(xiǎn)降到了最低的程度。但是△繞組單相接地后，其他兩相電壓升高了倍，相當(dāng)于其虛擬中性點(diǎn)“漂移”了6.062kV，這個(gè)“漂移”同樣也會(huì)通過(guò)靜電感應(yīng)形式傳遞到35kV繞組。由于目前變電站35kV側(cè)僅有3回架空，其對(duì)地電容較小，低壓側(cè)傳遞過(guò)來(lái)的工頻電壓將會(huì)使變電站35kV系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的不平衡電壓，可能超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于電壓偏差小于2%的規(guī)定。

（2）在低壓繞組三相出線套管外安裝避雷器。由于110kV茨開(kāi)變電站35kV采用架空出線，發(fā)生單相接地的可能性較高。當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，35kV系統(tǒng)將產(chǎn)生20.2kV的不平衡工頻電壓，并通過(guò)靜電感應(yīng)傳遞到低壓繞組，使Y5W-17/45動(dòng)作。中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)單相接地可帶故障運(yùn)行2小時(shí)的長(zhǎng)時(shí)間，將可能導(dǎo)致Y5W-17/45避雷器的閥片過(guò)熱而發(fā)生爆炸。

（3）在低壓繞組三相出線套管外安裝>25m金屬外皮電纜。由于電纜的電容量較高，低壓繞組接電纜后將會(huì)導(dǎo)致其對(duì)地電容的大大提高，由公式U2=可以看出傳遞過(guò)電壓隨C2增大而減小。

舒廉甫所著的《發(fā)電廠變電站過(guò)電壓保護(hù)及接地設(shè)計(jì)》雙繞組變壓器入口電容統(tǒng)計(jì)如下：

從表2可以看出變壓器的低壓繞組入口電容大概是1000-4000pF。查閱電纜樣本，3×185的10kV電纜電容為0.33μF/km。因此在低壓繞組上鏈接接30m長(zhǎng)截面為3×185電纜可以增加9900pF的電容量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變壓器低壓繞組對(duì)地電容，可以有效的降低變壓器繞組間電容傳遞過(guò)電壓。

由于接入電纜后會(huì)形成串聯(lián)諧振回路（圖5所示），致使通過(guò)電磁感應(yīng)電壓增大。本工程在電纜末端設(shè)置了避雷器作為產(chǎn)生諧振時(shí)的備用保護(hù)措施。

圖5 變壓器電磁感應(yīng)等值電路圖

4 結(jié)束語(yǔ)

三繞組變壓器作為雙繞組變壓器使用時(shí)，存在如下問(wèn)題：

（1）空置的低壓繞組面臨高、中壓繞組雷電侵入或發(fā)生工頻過(guò)電壓所導(dǎo)致的靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)過(guò)電壓的風(fēng)險(xiǎn)。（2）高、中壓側(cè)發(fā)工頻過(guò)電壓時(shí)，可能導(dǎo)致低壓繞組所接避雷器損壞甚至爆炸。（3）變壓器空置的低壓繞組采用單相接地的方式，產(chǎn)生的不平衡電壓可能會(huì)影響35kV側(cè)電壓質(zhì)量。（4）空置的低壓繞組可采用外接電纜增大對(duì)地電容，降低靜電感應(yīng)過(guò)電壓的風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

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