110kV線路缺相運行分析及處置

湯文武

（湛江供電局電力調度控制中心，廣東 湛江 524000）

110kV線路缺相運行分析及處置

湯文武

（湛江供電局電力調度控制中心，廣東 湛江 524000）

本文用對稱分量法分析了110kV線路單相缺相帶主變運行時斷口點電壓差及中性點不接地110kVYNyn0d11變壓器高壓側單相缺相時高、中、低三側電壓特征，為電力調度員快速判斷、正確故障處置提供理論依據，從而確保地區電網、設備安全可靠運行。

缺相運行；對稱分量法；線電壓；相電壓

110kV電網一般為開環運行，其電源側（一般為220kV變電站）有且僅有一臺220kV主變變高、變中中性點地刀合上，110kV地方電源變電站有且僅有一臺110kV主變變高中性點地刀合上，其他110kV運行主變中性點地刀一般在分位，因此，當110kV線路發生缺相時，系統一般不會產生故障電流，也不會產生零序電流，110kV缺相線路將長期保持運行，若主變不能通過間隙保護跳閘，將對主變、用戶造成很大的影響。

1.案例

圖1為某供電局某區域局部110kV電網正常運行方式圖。圖中，A站為220kV變電站，與無窮大系統相連，有且僅有1臺主變變高、變中側中性點直接接地；B站、C站、D站、E站均為110kV變電站，主變中性點地刀均拉開；D站主變型號為YNyn0d11的三繞組變壓器；E站10kV側有小水電，主變間隙保護投入；圖中實心表示開關在合位，空心標示開關在空位。

圖2　斷口電壓分析圖

圖3　高壓側相電壓序分量圖

圖4　繞組間電容傳遞電壓分析圖

圖5　三卷變壓器繞空載運行時電容傳遞電壓圖

19時44分41秒EMS事故告警，110kVE站#2主變事故跳閘。

19時45分05秒EMS越限告警，1 1 0 k V C站1 0 k V 1 M線電壓越下限（8.94kV）

19時45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1MB相電壓越下限（2.74kV）

19時45分05秒EMS越限告警，110kVC站10kV1MC相電壓越下限（3.33kV）

19時45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MB相電壓越下限（19.79kV）

19時45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MB相電壓越下限（18.46kV）

統歸來看，醫療設備維保問題此前并非沒有醫院重視，之所以遲遲未產生規模化維保效益，各地醫院還能買到同款產品不同價格的設備，根本上還是由于全國各地區間醫院缺乏聯動，何斌這樣認為。

19時45分05秒EMS越限告警，110kVC站35kV1MC相電壓越下限（4.28kV）

異常發生后，調度員通過了解，E站主變為“間隙過流保護”，再向E站了解110kV母線C相電壓約為34kV，A、B兩相正常；C站110kV母線C相電壓約為34kV，A、B兩相正常；由于110KVPT無高壓熔斷器，所以判斷110kVBC線缺相運行。

2.提出疑問

但如果110kVBC線只供電C站，且C站為兩繞組變壓器，調度員將難以判斷以下兩方面：（1）對10kV及35kV母線電壓異常難以判斷，無法判斷是接地、PT高壓保險熔斷還是諧振或其他異常？（2）在確定是110kVBC線缺相后，是同期合110kVC站AC線開關，再停110kVBC線；還是先停110kVBC線（110kVC站、E站停電），再通過110kVBC線恢復110kVC站、E站供電？

3.斷口電壓差計算

由于110kVC站主變110kV為“Y”型接線，且中性點地刀拉開，所有110kVC站主變變高側中性點的電壓等于110kVC站110kV母線C相相電壓，其三相電壓矢量圖如圖2所示。

如圖2所示，正常運行時110kVB站、C站110kV母線三相相電壓的大小及方向分別為0A、0B、0C，當110kVBC線C相缺相時，110kVC站110kV母線A、B相電壓和方向不變，分別為0A’、0B’,C站主變變高側中性點的電位為A’B’的中點，所以C站110kVC相電壓為OC’。若令110kV系統相電壓大小為E，0C的角度為0度。則：

由上可知，在110kV線路缺相帶主變運行時，斷口點電壓差為1.5倍相電壓，因此，不能直接同期合線路開關；同時由于主變中性點處電壓為0.5倍相電壓，因此，不能直接合主變中性點地刀，必須直接停主變。

4.C站高壓側相電壓序分量分析

則C站高壓側相電壓序分量如圖3所示。

5.C站中、低壓側相電壓零序分量分析

如圖4所示，以110kV兩卷變壓器為例，由于110kV側中性點不接地，零序阻抗無窮大，不存在零序電流，零序電壓只能通過高低壓繞組間電容及低壓側三相對地電容形成一個回路，將零序電壓傳遞到低壓側。分別表示為Ua0、Ub0、Uc0。

且低壓側方向與高壓側零序電壓方向相同。

以一臺SZ9-40000/110變壓器為列C12約為4000PF，1公里10kV無架空地線單回線路3C0約為7000PF，1公里10kV電纜線路3C0約為280000PF，因此一般情況下10kV系統3C0將遠大于高低壓繞組間電容，10kV側產生的零序電壓可以忽略。但若考慮最惡劣情況，即10kV側空載運行，側3C0為低壓側三相繞組對地電容（大小約為3倍C12）。

E為高壓側相電壓，換算到低壓側，則為11/8倍10kV側相電壓。

我們知道，電容的大小，與介質材料，正對面積及正對距離有關，因此，一般來說，主變繞組間電容差距不大，假設主變中低壓側均空載運行。則三卷變壓器繞空載運行時電容傳遞電壓圖如圖5所示。

此時，中壓側及低壓側零序電壓均為：

換算至35kV側為0.39倍35kV側相電壓。

換算至10kV側為1.38倍10kV側相電壓。

由上分析可知，三卷變壓器空載運行時，在中壓側約會產生0.39倍相電壓，在低壓側約會產生1.38倍相電壓。三卷變壓器負載運行時，即中、低壓側均會產生的一定的零序電壓，與其對應的系統越大，即對地電容越大，產生的零序電壓越小。因此，在110kV線路缺相運行時，盡量不要先斷主變變電開關，乙方低壓側產生較高的零序過電壓，另外，停空載主變時一般比停負責主變產生的過電壓要大，建議上述案例處理時直接斷開110kV B站BC線開關，再在停電的情況下將110kV C站主變及BC線開關轉熱備用，最后通過110kV CD線恢復110kV C站、E站供電。

6.C站低壓側電壓分析

由于變壓器型號為YNyn0d11，低壓側正序分量超前高壓側正序分量30度，低壓側負序分量滯后高壓側正序分量30度，令低壓側相電壓為E′，產生的零序電壓為U′0。其向量分析圖如圖6～圖8所示。

圖6　高、低壓側A相電壓序分量對比圖

圖7　高、低壓側B相電壓序分量對比圖

圖8　高、低壓側B相電壓序分量對比圖

7.C站中壓側電壓分析

由于變壓器型號為YNyn0d11，中壓側相電壓與高壓側相電壓相位相同，令中壓側相電壓為0.5E″，產生的零序電壓為U″0。其向量分析圖如圖9所示。

圖9　中壓側各相相電壓序分量對比圖

8、C站C相缺相運行后三側相電壓、線電壓情況

假設高壓側、中壓側、低壓側相電壓大小分別為E、E″、E′，零序電壓大小分別為U0、U″0、U′0,高壓側C相相電壓初相角為0度，則高壓側C相缺相運行后（主變不跳閘）時各側相電壓、線電壓情況見表1。

表1　三卷變壓器缺相運行時各側相電壓、線電壓理論計算值對比圖

案例中B站三側實際電壓情況見表2。

對比以上兩表，考慮中低壓側中性點存在零點漂移、PT誤差及高次諧波等影響，結論基本正確。

表2　 C站主變缺相運行時各側相電壓、線電壓實際值對比圖

結語

110kV線路帶主變單相缺相運行時，系統會負序電壓，嚴重影響主變及用戶電器設備的使用壽命，調度員應迅速正確處：（1）對于110kV兩卷變壓器，10kV母線發生兩相相電壓降低，一相基本不變，且降低的兩相電壓之和基本等于相電壓時，應考慮主變缺相運行。（2）對于110kV三卷變壓器只供電35kV母線，若中壓側母線其中兩相相電壓變為原相電壓的約0.9倍，另一相相電壓低于0.4倍相電壓時，應考慮主變缺相運行。（3）對于110kV三卷變壓器中、低壓側母線電壓同時異常時也應考慮主變缺相運行。（4）若懷疑主變缺相運行，可查看主變各側電壓（變化情況見表1），再看110kV缺相運行線路的三相電流，故障相電流應為0（若故障線路為T接線路，則電源側的故障相相電流小于其它兩相）。（5）由于缺相斷口點兩端電壓差為1.5倍相電壓，缺相運行主變高壓側中性點電壓為0.5倍相電壓，因此，不能通過合環操作恢復主變三相正常運行，也不能帶電直接合主變中性點地刀。（6）主變缺相空載運行時，主變低壓側會產生較大的零序過電壓，因此主變缺相運行時不能先斷主變變低開關，應直接斷開故障110kV線路電源側（T接線路可斷負荷側線路開關），直接將主變停電后再通過其他電源逐步恢復供電。（7）在35kV母線斷線（接地）時，關注負荷側35kV變電站的35kV母線電壓及10kV母線電壓，從而快速判斷斷線線路。

建議：（1）建議調度自動化系統采集各段母線的三相相電壓及三相間線電壓及各開關的三相電流，以方便調度員對各種異常進行快速判斷。（2）建議配網自動化系統適當采集配變低壓側的三相電壓，便于快速判斷10kV母線斷線（接地）故障。

[1]李光琦.電力系統暫態分析[M].北京：水利電力出版社，2007.

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