安防之家讯：用对称分量法和过电压理论分析中性点不接地110kV变压器高压侧单相断线时低压侧电压、电流特征，并找出其规律，得出结论，使调度人员能及时根据故障现象特征判断故障性质、隔离故障点，调整运行方式，从而确保了电网供电的质量和可靠性。

关键词：变压器缺相运行

1.引言

萧山供电局为县级局，电网的110kV变电所大多为终端变电所，110kV变压器大多处于

中性点不接地运行状态，当110kV线路单相断线时，线路保护和变压器保护不会动作，但10kV侧电压、电流异常，有些特征类似10kV单相接地和电压谐振。

本文主要分析了110kV线路单相断线时终端110kV变压器低压10kV侧电压、电流的特征，帮助运行、调度人员及时对运行异常定性和隔离故障，为继电保护人员进行110kV终端变电所进行有关保护整定时提供依据。

2.运行实例

2005年8月6日，我局一110kV变电所110kV线路上C相断线，时间为中午11：00左右，线路两侧有关设备继电保护均不动作。

110kV变电所内变压器接线组别为YN，d11，型号为SZ9-40000/110，低压侧额定电压为10.5kV，低压侧额定电流为2200A。

110kV线路上C相断线时变电所主变10kV侧电流情况和10kV母线电压数据如表（1）。

表（1）110kV线路上C相断线时主变10kV侧电流和10kV母线电压数据

时间

主变10kV电流（A）

10kV母线电压（kV）

A相电流

B相电流

C相电流

A相电压

B相电压

C相电压

零序电压

10:50

409.57

395.51

400.78

6.06

6.09

6

0.44V

10:55

202.15

98.44

101.95

6.17

3.1

3.12

1.07V

11:00

145.9

70.31

73.83

6.18

3.02

3.28

1.44V

11:05

142.38

68.55

72.07

6.13

3.06

3.15

1.07V

11:10

135.35

65.04

68.55

6.13

3.05

3.15

1.03V

表（1）数据来自SCADA系统，采样周期为5分钟。

分析表（1）数据，有以下特点：

1）110kV线路上C相断线发生时，主变10kV侧B、C相电流约为A相一半。

2）10kV母线B、C相电压约为正常相电压的一半，A相电压比正常相电压略有升高。该特征类似于10kV电压谐振。

3）10kV母线零序电压略有升高。该特征类似于10kV单相接地。

一般的刊物和教材中对系统缺相运行的分析只分析到终端高压侧，未继续进行分析终端低压母线的电压和电流特征。

为解释以上10kV侧数据和现象的产生原因，下面通过建立电网模型，采用三序分量法来分析计算低压母线的电压和电流特征。

3.模型与参数

2.1模型

建立分析模型如图（1）所表示。

用电源G表示大电网系统，G通过一台D，yn11接线变压器、一回110kV线路向一个110kV终端变电所接线组别为YN，d11变压器送电。F1为终端变电所110kV母线，F2为终端变电所10kV母线。

系统三序参数X（1）、X（2）、X（0）表示，F2母线所带负荷用阻抗XD表示。

断线点为110kV线路上A相，用Q、K标示断口两端，断口两端Q、K距离较近（符合实际中一般情形）。可以认为未断线前Q、K两点间阻抗Zqk≈0。

图（1）110kV线路单相断线系统模型

2.2序网图

根据李光琦-《电力系统暂态分析》，结合图（1），用三序分量法把模型转换成图（2）所示的序网图。因终端终端变压器中性点为不接地运行，所以起零序阻抗为无穷大。

电源相电压用E表示。电压基准值为E。

正序阻抗、负序阻抗为Z（1）=Z（2）=j（X1 X2 X3 X4 XD）=jX，零序阻抗为Z（0）=∞。

下面将通过计算流过故障线路的三序电流、断口间电压来计算终端变电所110kV母线的三序电压、三序电流，继而计算出终端变电所10kV母线的三序电压、三序电流。

图（2）序网图

4.流过故障线路的电流计算

1）从图（2）可以计算流过故障线路的三序电流为

---------------①

2）从而流过故障线路的三相电流为

--------------②

3）线路正常运行中电流

正常运行中三相电流大小为E/X。

4）因此，110kV线路单相断线后，终端110kV变压器高压侧健全两相电流方向相反且比正常时略小。

5.断口电压

5.1从图（2）可以计算断口QK三序电压为

-------------③

5.2从而A相断口两端间的电压为

-------------④

6.110kV母线电压的计算

6.1110kV母线三序电压

根据图（2）和式①、③，计算F1母线三序电压为

------------⑤

因此，110kV线路单相断线后，终端110kV变电所110V母线出现零序电压，其大小为正常相电压的一半。即终端110kV变压器中性点对地电压为E/2，约为31.75kV。

6.2110kV母线三相电压

根据式⑤，F1母线三相电压为

-------⑥

7.10kV母线电压的分析计算

分析了110kV母线电压特征后，依据变压器接线组别，下面对F2母线（10kV母线）的电压特征进行分析计算。

7.1110kV母线三相电压近似值

一般情况下，X4 XD≈X，于是有

-------------⑦

即，110kV母线电压健全相仍保持正常状态，断线相电压降为正常值的一半。后续计算以该近似进行。

7.2110kV母线、10kV母线三序电压关系

7.2.1110kV母线、10kV母线正序电压、负序电压关系

由于变压器为Y/Δ，d11接线，所以F2母线正序电压超前F1母线正序电压30度，F2母线负序电压滞后F1母线负序电压30度，表示如下。

------------⑧

7.2.210kV母线零序电压的分析计算

1）10kV母线零序电压的产生原因

由于变压器110kV侧中性点不接地，零序阻抗∞，零序电流为0，110kV侧零序电压通过高低压绕组间电容和低压侧三相对地电容所组成的电容传递回路传递至变压器10kV侧，使10kV侧三相出现相同的零序传递电压：UF2（0）=Ua（0）=Ub（0）=Uc（0）。如图（3）。

图（3）绕组间电容传递电压

2）10kV母线零序电压最大值情况

为分析低压侧零序电压的大小，以一台SZ9-40000/110变压器空载时，发生高压侧线路单相断线时，计算低压母线零序电压。

调查SZ9-40000/110变压器的电容参数为：C12≈4000PF，3C0≈12000PF。

根据图（3），有

。-----------⑨

因此，变压器空载或带较短线路运行时，变压器高压侧线路发生单相断线故障后，低压侧产生较高零序电压，会导致低压侧单相接地告警装置动作发信，误导运行监控人员。

3）10kV母线零序电压一般情况

调查有关线路资料后，得到以下参数：

1）1公里10kV无架空地线单回线路3C0≈7000PF，

2）1公里10kV电缆线路3C0≈280000PF。

以SZ9-40000/110变压器10kV侧有10公里无架空地线单回线路负荷为例计算。C12≈4000PF，3C0≈82000PF，有

。------------⑩

所以，一般情况下，变压器低压有负载线路时，高压侧单相断线时，由于3C0较大，低压侧零序传递电压较小，小于0.25E。不会引起10kV侧单相接地告警装置动作发信。

6.3分析在该情况下进行。

7.310kV母线三相电压向量分析

结合7.2.1和7.2.2的分析，对10kV侧三相电压向量分析如图（4）、图（5）、图（6）。

低压侧零序传递电压取0.25E。

1）10kV侧A相电压

如图（4），变压器110kV侧线路发生A相断线故障后，10kV侧母线A相电压Ua为0.56E，

即降低到略大于正常相电压一半。

高压A相电压序分量低压A相电压

图（4）高、低压侧A相电压

2）10kV侧B相电压

如图（5），变压器110kV侧线路发生A相断线故障后，10kV侧母线B相电压Ub为1.03E，略大于正常相电压。

高压B相电压序分量低压B相电压

图（5）高、低压侧B相电压

3）低压侧C相电压

如图（6），变压器110kV侧线路发生A相断线故障后，10kV侧母线C相电压UC为0.56E，即降低到略大于正常相电压一半。


高压C相电压序分量低压C相电压

图（6）高、低压侧C相电压

8.10kV母线电压的分析计算结论

根据以上分析，一般情况下，110kV线路单相断线时，终端110kV变电所的10kV母线电压特征为：

1）两相对地电压降低，降低到正常电压的一半左右，相位相同；一相对地电压升高，比正常运行电压略高。

2）10kV母线有零序电压产生。大小随10kV运行线路长度而变化。

3）10kV母线有负序电压产生。

9.10kV母线电流的分析计算

9.1根据“4.流过故障线路的电流计算”，110kV线路A相断线时，110kV线路电流为

------------⑾

9.2由于变压器为Y/Δ，d11接线，所以10kV母线A相三序电流为

-------------⑿

9.310kV母线三相电流为

-------------⒀

9.4正常运行中10kV母线三相电流大小为E/X=i

10.10kV母线电流的分析计算结论

根据（13）式可知，110kV线路单相断线时，终端变电所的10kV母线电流特征为“两相电流大小和相位相同，且为另一相的一半，相位相反”。电流包含负序分量。

11.结论

110kV线路A相断线时，终端接线组别为YN，d11的110kV变压器不接地运行，终端变

电所110kV变压器的运行特征如下。

1）10kV母线的电压和电流特征

如表（2），设正常运行中10kV母线相电压为U，相电流为i。

110kV断线相

10kV母线电压

10kV母线电流

Ua

Ub

Uc

Ia

Ib

Ic

A

约U/2

U略高

约U/2

i/2

-i

i/2

B

约U/2

约U/2

U略高

i/2

i/2

-i

C

U略高

约U/2

约U/2

-i

i/2

i/2

表（2）110kV线路上A相断线时主变10kV侧电流和10kV母线电压特征

2）变压器空载或带较短线路运行时，变压器高压侧线路发生单相断线故障后，低压侧产生较高零序电压，会导致低压侧单相接地告警装置动作发信，误导运行监控人员。运行监控人员人员需要综合考虑低压10kV侧电流和10kV母线电压特征，判断是否为110kV线路单相断线。

3）终端变压器低压侧有负序电压、负序电流产生，负序电压、负序电流影响低压侧用户电动机的运行，严重时烧毁电动机线圈，所以需要及时把110kV故障线路断开。

4）终端110kV变压器高压侧健全两相电流方向相反且比正常时略小，断线相电流为0。

5）110V母线出现零序电压，其大小为正常相电压的一半。终端110kV变压器中性点对地电压为E/2，约为31.75kV。安防之家专注于各种家居的安防,监控,防盗,安防监控,安防器材,安防设备的新闻资讯和O2O电商导购服务，敬请登陆安防之家：http://anfang.jc68.com/