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中性點接地變壓器并聯(lián)運行安全探討

文檔作者：嚴(yán)正斌文檔來源：江西稀有稀土金屬鎢業(yè)集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年07月18日
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電氣安全技術(shù)
[摘要]
關(guān)鍵詞
0引言
中性點接地變壓器并聯(lián)運行安全探討
嚴(yán)正斌
(江西稀有稀土金屬鎢業(yè)集團有限公司，南昌 330508)
介紹了變壓器并聯(lián)運行時存在的高壓側(cè)單相接觸不良、低壓總開關(guān)單相接觸不良、短路沖擊、中性線
接觸不良等不安全因素，提出了確保變壓器并聯(lián)運行安全的技術(shù)措施。
中性點接地變壓器并聯(lián)運行安全
變壓器并聯(lián)運行具有提高變壓器運行經(jīng)濟性、
供電可靠性，節(jié)約電能，實現(xiàn)節(jié)電增效等優(yōu)點，廣
泛用于工礦企業(yè)和農(nóng)村供電系統(tǒng)。本文分析中性點
接地變壓器在滿足并聯(lián)運行的4個技術(shù)條件(接線組
別、變比、短路電壓相同，容量比不超過3：1)的
前提下實際運行中存在的不安全因素，探討安全運
行措施。
1并聯(lián)運行中的不安全因素
1．1高壓側(cè)單相接觸不良
小功率變壓器常采用高壓跌落保險來實現(xiàn)控制和
保護。當(dāng)并聯(lián)運行的某臺變壓器單相高壓跌落保險接
觸不良或燒斷時，另一臺變壓器對應(yīng)相為電源輸出，
此時故障變壓器該相線圈成為負(fù)載。由于變壓器低壓
側(cè)單相短路內(nèi)阻小，因此2臺變壓器對應(yīng)相將因嚴(yán)重
過負(fù)荷而受損。變壓器正常運行時的低壓側(cè)單相線路
簡圖如圖1所示。
Z．、歷～變壓器內(nèi)阻抗：E．、 一變壓器相電壓； 、，_對應(yīng)支路電流
。-負(fù)載阻抗： 一低壓開關(guān)接觸電阻
圖1單相線路簡圖
正常運行時，并聯(lián)變壓器對應(yīng)相電流關(guān)系為：
工1／i2一Z2(E 一IZ)／[(E2一億)(Z +ro)]
例如，2臺并聯(lián)的Sll-63O／lO lo／o．4kV變壓器正常運
行時，Zl— Z2，7-o一0，E 一E2≈ ／Z。當(dāng)1#變壓
器高壓側(cè)某相接觸不良時，負(fù)載端電流及電壓不變，2
臺變壓器低壓側(cè)電流關(guān)系為：
Il／I z一(El一／Z ／(E 一／Z)
2臺變壓器對應(yīng)相低壓側(cè)電流變化情況見表1。
收稿日期：2010—06-23
作者簡介：嚴(yán)正斌(1965一)，高級工程師，從事電氣技術(shù)與能源
管理工作。
表1變壓器高壓側(cè)單相接觸不良時電流變化情況表
(蜀， )，f％) (／,／／~)／1％) A I(％) (EJE2)I(％) (^ )，(％) A ／(％)
90 —10 10 40 —60 60
80 —2O z0 30 —70 70
70 -30 30 20 -80 80
60 ．-40 40 10 —90 90
50 —50 50
注： “一”表示，t實際電流與設(shè)定方向相反。
由表l可知，隨高壓側(cè)接觸不良程度的增強，變
壓器對應(yīng)相將產(chǎn)生環(huán)流，2#變壓器對應(yīng)相負(fù)荷電流不
斷上升。當(dāng)變壓器高壓側(cè)跌落保險單相斷路時，低壓
側(cè)單相線路簡圖如圖2所示。
圖2低壓側(cè)單相線路簡圖
從圖2可知， 當(dāng)E1—0時， 由于／"o≈0，Z?！禯，
I 一 ／(Z +Z2)≈ ，因此 相當(dāng)于變壓器低壓側(cè)單
相短路電流，負(fù)載將缺相運行，2臺變壓器過負(fù)荷運
行。
如某臺變壓器三相高壓側(cè)開路，低壓總開關(guān)投入
并聯(lián)運行時，另一臺變壓器將出現(xiàn)典型的三相對稱短
路故障，其故障電流將達 ／( )。
1．2低壓總開關(guān)單相接觸不良
當(dāng)?shù)蛪嚎傞_關(guān)接觸不良時，隨負(fù)荷電流的增大及
通電時間的延長，其接觸電阻ro不斷增大。當(dāng)某臺變
壓器低壓開關(guān)單相接觸不良時，由于E ≈E，因此其
電流分別為(以圖1為例)：
1一／Z2／(Z2+Z1+ro)
12一 (Z2+ro)／( +Z1+r'o)
當(dāng)ro較小時， 變化不大；隨著r0的增大，J
逐漸減小，J2逐漸增大。r0對電流分配影響見表2。
表2低壓總開關(guān)接觸電阻對電流分配的影響
％， J／( j l0 20 50 100 200 300 500
L／f。 1．1 1．2 1．5 2 3 4 6
當(dāng)?shù)蛪嚎傞_關(guān)開路時，ro為無窮大，I =0，J。一
。如果2臺變壓器的正常運行電流接近額定電流，那
么該負(fù)荷電流將嚴(yán)重?fù)p壞變壓器。低壓總開關(guān)接觸不
電工技術(shù)I 2010 I 11期129
電氣安全技術(shù)
良的單相線路簡圖如圖73所示。
圖3低壓總開關(guān)單相接觸不良(斷路)簡圖
1．3短路沖擊
在低壓線路中出現(xiàn)金屬性短路故障，尤其是低壓
母線段出現(xiàn)三相對稱金屬性短路時，短路容量、短路
電流為并聯(lián)運行變壓器同時短路產(chǎn)生的短路容量、短
路電流之和，從電源至短路點的電氣元件將承受數(shù)臺
變壓器短路電流沖擊。
例如，5臺sl1—1ooo／10 1o／o．4kV變壓器并聯(lián)
運行(如圖4所示)，變壓器10kV側(cè)為無限容量系
統(tǒng)，其高壓開關(guān)的出口短路容量為300MVA，短路
點d在低壓開關(guān)柜某600A出線開關(guān)的電源側(cè)。為
簡化計算，忽略10kV線路和變壓器低壓母線側(cè)線
路的阻抗。
圖4 5臺S11。10O0，10 10／0．4kV并聯(lián)運行簡圖
由圖5可知，單臺變壓器獨立運行的母線短路電
流為32．2kA，容量為22．31MVA，折算到1OkV側(cè)的
短路電流為1．29kA。5臺變壓器并聯(lián)運行時，短路電
流、短路容量分別為161kA、111．54MVA，折算到
10kV側(cè)的短路電流高達6．44kA。
1．4中性線接觸不良
按相關(guān)規(guī)定，三相四線制供電系統(tǒng)的中性線截面
不小于相線的]／2，三相不平衡負(fù)荷小于額定負(fù)荷的
25 。因此，當(dāng)變壓器并聯(lián)運行且三相不平衡負(fù)荷大
時，若某臺變壓器中性線斷線，則其承載的電流將轉(zhuǎn)
移到其余變壓器中性線上。
例如，2臺Sl1-800／10 10／0．4kV變壓器并聯(lián)運
行，按規(guī)定每臺變壓器的中性線截面應(yīng)不小于
150mm2。當(dāng)三相不平衡負(fù)荷引起零線電流高達500A
時(平均分配)，每臺變壓器的零線電流約為250A，中
性線單位面積載流量不大于1．67A／mm ，符合設(shè)計要
求。當(dāng)某臺變壓器中性線因接觸不良引起斷線時，另
一臺變壓器的中性線電流密度達到3．33A／ram2，高載
30f WWW．chinaet．net l電工技術(shù)
流量將使中性線發(fā)熱損壞或引起火災(zāi)；同時較大的零
線電流將導(dǎo)致另一臺變壓器中性點電位偏移，使變壓
器負(fù)荷分配發(fā)生變化。
2安全運行措施
為確保變壓器并聯(lián)運行的安全，需采用以下措
施。
(1)正確選擇開關(guān)設(shè)備的斷流能力。變壓器并聯(lián)運
行將引起變壓器低壓側(cè)短路電流的增加，選型時應(yīng)在
計算并聯(lián)運行短路電流的基礎(chǔ)上，正確選擇相應(yīng)高低
壓回路開關(guān)設(shè)備的斷流能力和電氣元件的載流能力，
確保短路條件下開關(guān)設(shè)備能可靠分?jǐn)喽搪冯娏?。如?
臺S11-800／10 lO／O．4kV變壓器的短路電流為20kA，2
臺并聯(lián)運行時，其對應(yīng)的低壓總開關(guān)斷流能力應(yīng)不小
于40kA，高壓側(cè)開關(guān)斷流能力應(yīng)不小于1．6kA。
(2)校核電氣元件的動、熱穩(wěn)定性。變壓器并聯(lián)運
行會增大系統(tǒng)短路容量和短路電流，對于高低壓回路
中的線路(架空線、電纜、母線)、線路器件(瓷并、橫
擔(dān)、電纜固定支架、接線端子)、電流互感器、開關(guān)
等，短路電流破壞力與電流的平方成正比。因此，選
型時應(yīng)重點校核電氣元件的動、熱穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)
安全運行。如單臺S11-800／10 10／0．4kV變壓器運行
的短路電流為20kA，當(dāng)最大運行方式為3臺變壓器并
聯(lián)時，所選低壓母線、開關(guān)、電流互感器等均應(yīng)按
60kA短路電流進行動、熱穩(wěn)定性校驗。
(3)正確選擇繼電保護。根據(jù)變壓器并聯(lián)運行的特
點，正確選擇過負(fù)荷、短路速斷、環(huán)流保護方式；合
理確定最大、最小運行方式，計算短路參數(shù)和繼電保
護靈敏度，確定繼電保護整定值。
(4)在日常管理中加強電氣設(shè)備巡檢，及時處理問
題，預(yù)防事故發(fā)生。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范進行正常停送
電和故障停電操作，防止誤操作造成單相短路或三相
對稱短路。
3結(jié)束語
變壓器并聯(lián)運行具有突出的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢， 因而
被工礦企業(yè)和農(nóng)村變電工程廣泛采用。通過提高設(shè)計
質(zhì)量和日常操作、維護管理，可確保并聯(lián)變壓器安全
運行。
參考文獻
[1]劉介才．工廠供電簡明設(shè)計手-N[M]．北京：機械工業(yè)出
版社，1994
(編輯馬燕玲)

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