铝业变直降式自耦调压变压器零序电流保护分析

陶 冶，田鹏飞

（国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

铝业变直降式自耦调压变压器零序电流保护分析

陶 冶，田鹏飞

（国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

忠旺铝业一期工程是辽宁电网大型用户工程，变电站共设7台13万kVA调压整流变，是辽宁省电力公司首个针对电解行业的220 kV接入工程。由于电解铝采用串联低压大电流电解槽，故站内主要设备调压整流变结构特殊，在中压侧而不是高压侧进行调压且调压范围较大，其相应的零序电流保护亦呈现出一定的特殊性，因此以500 kV系统联变零序电流计算为基础，对调压变各种故障情况下的零序电流进行分析，并尝试给出保护整定方案。

调压；自耦变；中性点；零序电流

1 铝业变概况

辽宁电网220 kV铝业变通过2回线路渤铝1、2号线接入渤海变。一次接线如图1所示。

图1 铝业变一次接线图

铝业变母线接线为双母线，共7台调压整流变、2台动力变。调压整流变为调压变、整流变通过软连接形成。调压变为直降式自耦变压器，接线形式为YNa0／d11，调压范围为110～1 100 kV（相电压）。

2 辽宁电网整定原则

根据辽宁电网整定原则，网侧后备保护与变压器差动保护配合，正常保护范围不超出变压器低压侧。由于该工程所采用的直降式自耦调压变的调压范围大，二次侧输出电流变化较大，二次出线由多股铜线编织而成，导致配置TA困难，因此没有配置变压器电流差动保护，该变压器保护采用两段过电流（可选带方向）、两段零序过流（可选带方向）、中性点零序过流作为变压器电气量主保护。

为满足变压器保护的速动性，此次整定决定利用高压侧过流保护和高压侧零序过流保护为调压变中压侧出口故障有灵敏度的快速保护。根据故障类型，分别计算过流、零序过流保护。

3 调压变参数

调压变采用粗、细调绕组两级调压方式。粗调绕组与高压绕组为自耦形式，细调绕组独立缠绕在铁芯上，该结构使变压器各项参数与传统的220 kV系统降压变有较大不同。

变压器充油后，1号调压变正序参数如图2所示，零序参数如图3所示。

图2 调压变正序参数

图3 调压变零序参数

由图2、图3可以看出，调压变正、零序参数均随调压变二次粗、细调档位变化而变化。调压变为3柱式变压器，其正序和零序参数也有较大不同。通过图1、图2可以看出，两者在高分接时形状较为吻合，与实际运行经验相符。两者的不同在调压变处于低分接时，尤其是粗调绕组用尽时，两者呈现较大背离［1］。

4 故障电流计算

系统计算方式如表1所示。

表1 系统计算方式p.u.

大方式：渤海变全方式，渤铝1、2号线；小方式：渤海变全方式，渤铝1号线。

4.1 调压变高压侧接地故障计算

4.1.1 调压变中性点直接接地高压侧故障

其零序等效电路如图4所示。其零序电流计算结果如表2所示。

图4 调压变中性点直接接地高压侧故障零序等效电路

图4中：χ0T1＋χ0T3＝70.2 Ω（0.145 p.u.）为系统及线路零序电抗；χ0TP＝134 Ω（0.277 p.u.）为动力变零序电抗。

表2 调压变中性点直接接地高压侧故障零序电流计算结果

计算过程与系统正常变压器高压侧故障相同，由于变压器中压侧零序等值为开路，支路没有电流流过，因此结果不随中压侧分接头位置变化而变化。由于调压变中压侧开路，调压变高压侧零序电流与中性点零序电流实际上为同一电流（I0T1）［2］。

4.1.2 调压变中性点不接地高压侧故障

当调压变中性点不接地时，若高压侧发生故障，由于中压侧没有零序通路，等效谐振三角形自身形成对地并联谐振，即对地电抗无穷大，调压变高压侧与中性点均不会流过零序电流。

4.2 调压变中压侧接地故障计算

4.2.1 调压变中性点接地中压侧故障

其零序等效电路如图5所示。

图5 调压变中性点接地中压侧故障零序等效电路

图5中：χ0T1＋χ0T3＝70.2 Ω（0.145 p.u.）；χ0TP＝134 Ω（0.277 p.u.）。

调压变中性点接地中压侧故障高压侧零序电流如图6所示，中性点零序电流如图7所示。

图6 调压变中性点接地中压侧故障高压侧零序电流

图7 调压变中性点接地中压侧故障中性点零序电流

由图6、图7可以看出，中压侧软连接处发生故障时，调压变高压侧零序电流随分接头下降而下降，中性点零序电流则呈现出相反特性［3］。如果适当设置高压及中性点零序方向过流定值，即高分接头时保证高压零序有灵敏度，低分接头时中性点零序保护有灵敏度，则可保证在任何分接头状态下中压侧故障零序过流保护有灵敏度。

4.2.2 调压变中性点不接地中压侧故障

因为铝厂侧没有低压电源，故220 kV侧故障不会导致由中压侧向高压侧的故障电流。但因为3绕组自耦变的特性，中压侧发生故障时，虽然中性点不接地不会有零序电流流过，但仍会有由高压侧流向变压器本体的零序电流［4］。调压变中性点不接地中压侧故障等效电路如图8所示。

图8 调压变中性点不接地中压侧故障等效电路

图8中：

其中k12为调压变高压对中压侧变比。

各分接头下调压变中性点不接地中压侧故障高压侧零序电流如图9所示。

图9 各分接头下调压变中性点不接地中压侧故障高压侧零序电流

由图9可以看出，调压变中性点不接地情况下，中压侧发生单相接地故障，调压变高压侧仍有较大的零序电流流过，这意味着在调压变中性点不接地运行的情况下，通过在调压变高压侧设置零序方向过流保护可以在绝大部分分接头下对调压变中压侧接地故障进行保护［5］。

5 结束语

与常见的220 kV变电站不同，铝业变共有7台直降式自耦调压变为忠旺铝厂提供电力。而该调压变为直降式自耦变压器，在投退过程中均需接地［6］，同时本体因为中压侧电压直降式调节及额定电流过大没有配备变压器差动保护，对接地故障的保护提出了新的要求。针对以上情况，分3种情况对不同的故障点及保护安装处分别进行计算，并结合调压变低压侧没有零序通路的特点对调压变的高压、中性点零序过流保护进行了配置。该整定方法可做到调压变中性点接地时全部分接头调压变高压、中性点零序过流对高压侧、中压侧接地故障有灵敏度；在调压变中性点不接地情况下，调压变高压侧零序过流保护在大多数高分接头情况下对调压变高压侧、中压侧接地故障有灵敏度。该整定方案最大限度保证了调压变在没有电气量差动保护的情况下，对接地故障有较好的灵敏度和较快的动作时间。

［1］ 颜丽娟，杨淑英，倪腊琴，等.500kV中性点经小电抗接地自耦变压器后备保护整定计算的研究［J］.电力系统保护与控制，2012，40（2）：77-81，87.

［2］ 王 磊，徐丙华.华东电网500 kV自耦变压器中性点小电抗接地应用的研究［J］.变压器，2010，47（5）：53-56.

［3］ DL／T 559—2007，220 kV～750 kV电网继电保护装置运行整定规程［S］.

［4］ 张延鹏.东北电网500 kV线路零序反时限保护应用研究［J］.东北电力技术，2010，31（5）：18-20.

［5］ 张延鹏.广域控制和后备保护应用［J］.东北电力技术，2011，32（7）：49-50.

［6］ 袁进禹.110 kV直降式自耦调压变压器在铝电解整流电源中的应用［J］.轻金属，1998，35（12）：44-50.

Analysis on Zero-sequence Current Protection of Direct step⁃down Auto⁃transformer in Aluminium Industry

TAO Ye，TIAN Peng⁃fei
（State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

Phase⁃1 project of Zhongwang aluminum⁃refinery substation is a large⁃scale customer project of Liaoning power grid.The substation which is the first 220 kV project of electrolysis industry in Liaoning province is composed of 7 transformers with 130 MVA. Electrolytic aluminium use series circuits low⁃voltage high⁃current electrolytic tank，regulating rectifier transformers has special struc⁃ture，voltage regulation is at the middle⁃pressure side and regulation range is wide，zero⁃sequence current protection has its unique characteristics.Zero⁃sequence current is analyzed under various conditions based on the configuration of 500 kV⁃220 kV transformer and protection measure is proposed in this paper.

Voltage regulation；Auto⁃transformer；Neutral point；Zero⁃sequence current

TM411.3

A

1004-7913（2015）06-0051-03

陶 冶（1984—），男，硕士，工程师，从事继电保护与智能电网研究工作。

2015-04-20）