Y-D11主变一次侧相序错误及其二次侧两相短路分析

Y-D11主变一次侧相序错误及其二次侧两相短路分析

赵令荣

贵州电网有限责任公司毕节供电局 贵州省毕节市 551700

摘要：在南方电网运行系统内，各地各电压等级变电站主变接线方式基本为Yn-D11接线，而又由于变电站新建或变电站进站线路维修改造后未准确核相，存在许多一次侧（进线）电压相序不对的变电站，经常引起保护误动，而且由于各侧各相电气量与正常运行不一致，因此在保护动作后，容易误导现场检查人员，不易准确快速判断故障类型和故障点。为此，本论文主要分析，主变一次侧电压相序错误，主变正常运行及二次侧发生两相短路时两侧电气量关系，分析结果以公式和图形方式展现。该分析结果有助于电网运行人员电网运行异常的快速识别及故障的准确判断。本文仅以主变为两圈变（即仅Yn-D两侧）且低压侧无电源为例进行分析。

关键词：主变、相序错误、短路

0、引言

继电保护的准确动作依赖于准确的电气量，而继电保护采集的电气量有电压、电流的大小、幅值、相位还有序分量（正序、负序和零序分量）。在高压三相电力系统中，相序的准确性严重影响三相电的序分量，从而严重影响继电保护的动作准确性。在日常运维过程中，经常会出现新建工程验收把关不严、或线路改造施工后投运时未准确核相，导致变电站进线电压相序错误的情况。这时，该变电站无各电气量与相序正常是的变电站均不一样。如果此变电站发生故障，基于正常情况下生产和调试出的继电保护装置常常不能准确识别故障，作出正确动作。

为了解决以上问题，让变电运维人员能准确判断变电站一次相序是否正确，以采取临时措施保证继电保护动作正确性。本文深入分析了Yn-D11接线主变一次侧进线相序错误情况下正常运行时的电气量关系，并通过理论计算进线相序错误时Yn-D11接线主变二次侧发生相间短路时，各侧电气量关系。

1 Yn-D11接线变压器

正常情况下，Yn-D11接线变压器高、低压侧输入电压均为正相序，当一次侧（Yn侧）线‎电压相量作‎为分针指在‎时钟12点‎的位置时，二次侧（D侧）的线‎电压相量在‎时钟的11‎点位置。也就是，二次侧的线‎电压Uab‎滞后一次侧‎线电压UA‎B330度‎（或超前30‎度）。

1.1 Yn-D11接线变压器一次侧相序错

如果一次侧（Yn侧）接入电压相序错误（如反序为CBA），则Yn-D11主变接线示意将如图 1所示（带下标“1”的是变电站未考虑进线相序错而标注的相序）。

图 1  Yn-D11接线主变反序接线示意图

将Yn侧按相序调整，得到如下接线图（图 2所示）。D侧用a、b、c表示正相序即实际相序，A1、B1、C1及a1、b1、c1表示变电站未考虑进线相序错而标注的相序。

图 2 Yn-D11接线主变进线相序错一次侧调整相序后接线示意图

由图 2可看出，Yn-D11接线主变如果进线相序错误，该主变将变成一个Yn-D1接线主变。

2 Yn-D1接线变压器

Yn-D1接线变压器接线示意图如图 2所示，当一次侧（Yn侧）线‎电压相量作‎为分针指在‎时钟12点‎的位置时，二次侧(D侧）的线‎电压相量在‎时钟的1‎点位置。也就是，二次侧的线‎电压Uab‎超前一次侧‎线电压UA‎B330度‎（或滞后30‎度）。

2.1 Yn-D1主变二次侧发生短路基本概念

当变压器二次侧（D侧）发生短路时，规定一次侧（Yn侧）三相电流流入变压器、D侧三相电流流出变压器为电流正方向。

根据变压器零序等值网络图，Yn，D接线变压器两侧零序分量相互独立，不能从一侧传变到另一侧；而正负序分量电流电压可以从一侧传变到另一侧。

此时Yn，D接线变压器两侧正序电流、电压间关系为

负序电流、电压间关系为

式中iA1是流入Yn侧正序电流标么值，ia1是流出D侧正序电流标么值，ÙA1、Ùa1分别是Yn侧、D侧正序电压标么值，iA2是流入Yn侧负序电流标么值，ia2是流出D侧负序电流标么值，ÙA2、Ùa2分别是Yn侧、D侧负序电压标么值，XT1是变压器正序阻抗标么值。

2.2 Yn-D1主变二次侧两相短路

Yn-D1接线变压器在D侧ab相短路，短路点边界条件为

将c相作为特殊相，则D侧各相电流可表示为

Yn侧各相电流可表示如下

D侧ab相短路时，D侧三相电压为

而Yn侧三相电压可表示为

3 Yn-D11接线主变相序错误

根据以上将Yn-D1主变D侧发生ab相短路分析结果，还原为Yn-D11主变一次侧进线电压逆相序时，实际为Yn-D11主变二次侧（D侧）发生bc相短路。

这种情况下，两侧电压、电流（带下标“1”）大小相位关系如下图：          

图 3 Yn侧及D侧相量关系

4 结论

在Yn-D11主变一次侧（Yn侧）进线电压相序错误为逆相序时，二次侧（D侧）输出也会变成逆相序，且二次侧的线‎电压Uab‎将会超前一次侧‎线电压UA‎B330度‎（或滞后30‎度）。如果此时二次侧发生相间短路，则二次侧短路两相电流大小相等，相位相差180°，非故障相无电流；短路两相电压大小、相位基本相同，而另一相（即非故障相）电压正常，大小基本为故障相两倍，相位与故障相差180°。在一次侧（即Yn侧），对应二次侧故障两相中的后一相电流最大（如D侧bc相短路，则Yn侧C相电流最大，不过C相实际相位超前B相），大小为故障相

倍；其它两相电流大小、相位相同，与电流最大相相位差180°。二次侧电压，对应电流最大相的那一相最低（如果不计变压器内部电抗的话，基本为零）；其它两相较高，且相位相差较大（如果不计变压器内部电抗的话，基本就是180°），因此相间一般也就比较大。以上结果，在某电网35kV变电站进线相序错误时低压侧发生短路得到验证。对以后主变故障分析具有实际意义。

5、参考文献

1、国家电力调度通信中心. 国家电网公司继电保护培训教材. 中国电力出版社. 2019：152-155

2、韩征祥 主编.《电力系统分析》(第五版). 浙江大学出版社. 2012:295-298