淺談電力變壓器的并列運(yùn)行

毛永強(qiáng) 盧永剛

[摘要] 本文主要介紹了電力變壓器并列運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的安全、可靠輸電起到重要的作用,因此我們?cè)谧儔浩鬟\(yùn)行時(shí)考慮其并列條件是否符合,以降低變壓器非并列運(yùn)行的危險(xiǎn)。

[關(guān)鍵詞] 電網(wǎng)變壓器電壓比循環(huán)電流并列運(yùn)行阻抗繞組功率因數(shù)危害

電力變壓器是電力生產(chǎn)和電網(wǎng)中的重要電氣設(shè)備,為了使變壓器能安全、經(jīng)濟(jì)、可靠、和靈活的運(yùn)行,在運(yùn)行中通常將兩臺(tái)或以上變壓器并列運(yùn)行。變壓器并列運(yùn)行,就是將兩臺(tái)或以上變壓器的一次繞組并聯(lián)在同一電壓的母線上,二次繞組并聯(lián)在另一電壓的母線上運(yùn)行。其意義是1、提高供電的可靠性。當(dāng)某臺(tái)變壓器發(fā)生故障時(shí),此時(shí)并列運(yùn)行的其他變壓器還可以繼續(xù)保持供電。2、提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。調(diào)度可以根據(jù)負(fù)荷的變化投切部分變壓器以減少電能損耗,提高運(yùn)行效率,從而提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。3、可以分期安裝變壓器。如變電站的負(fù)荷是遂漸增加的,相應(yīng)可以遂年根據(jù)需要安裝并列變壓器,從而減少初次投資,充分發(fā)揮資金的經(jīng)濟(jì)效益。4、有利于安排變壓器的檢修。這樣既可以減少變壓器的空載損耗,提高效率,又可以減少無(wú)功勵(lì)磁電流,改善電網(wǎng)的功率因數(shù),提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

變壓器并列運(yùn)行最理想的運(yùn)行情況是:當(dāng)變壓器已經(jīng)并列起來(lái),但還沒(méi)有帶負(fù)荷時(shí),各臺(tái)變壓器之間應(yīng)沒(méi)有循環(huán)電流;同時(shí)帶上負(fù)荷后各臺(tái)變壓器能合理地分配負(fù)荷,即應(yīng)該按照它們各自的容量比例來(lái)分擔(dān)負(fù)荷。因此,為了達(dá)到理想的運(yùn)行情況,變壓器并列運(yùn)行時(shí)必須滿(mǎn)足下面條件:

(1)各臺(tái)變壓器的電壓比(變比)應(yīng)相同

(2)各臺(tái)變壓器的阻抗電壓應(yīng)相等

(3)各臺(tái)變壓器的接線組別應(yīng)相同。

下面分析變壓器并列運(yùn)行條件中某一條件不符合時(shí)產(chǎn)生的不良后果:

(一)電壓比(變比)不相同的變壓器并列運(yùn)行:

由于三相變壓器和單相變壓器的原理是相同的,為了便于分析,以?xún)膳_(tái)單相變壓器并列運(yùn)行為例來(lái)分析。由于兩臺(tái)變壓器原邊電壓相等,電壓比不相等,副邊繞組中的感應(yīng)電勢(shì)也就不相等,便出現(xiàn)了電勢(shì)差△E。在△E的作用下,副邊繞組內(nèi)便出現(xiàn)了循環(huán)電流IC。當(dāng)兩臺(tái)變壓器的額定容量相等時(shí),即SNI=SNII。循環(huán)電流為:

IC=△E/(ZdI+ZdII)

式中ZdI--表示第一臺(tái)變壓器的內(nèi)部阻抗

ZdII--表示第二臺(tái)變壓器的內(nèi)部阻抗

如果Zd用阻抗電壓UZK表示時(shí),則

Zd=UZK*UN/100IN

式中UN表示額定電壓(V),IN表示額定電流(A)

當(dāng)兩臺(tái)變壓器額定容量不相等時(shí),即SNI≠SNII,循環(huán)電流IC為:

IC=á*II/[UZKI+(UZKII/?)]

式中:UZKI--表示第一臺(tái)變壓器的阻抗電壓

UZKII--表示第二臺(tái)變壓器的阻抗電壓

INI

á--用百分?jǐn)?shù)表示的二次電壓差

II--變壓器I的副邊負(fù)荷電流

根據(jù)以上分析可知:在有負(fù)荷的情況下,由于循環(huán)電流Ic的存在,使變比小的變壓器繞組的電流增加,而使變比大的變壓器繞組的電流減少。這樣就造成并列運(yùn)行的變壓器不能按容量成正比分擔(dān)負(fù)荷。如母線總的負(fù)荷電流為I時(shí)(I=INI+INII),若變壓器I滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行,則變壓器II欠負(fù)荷運(yùn)行;若變壓器II滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行,則變壓器I過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。由此可見(jiàn),當(dāng)變比不相等的變壓器并列運(yùn)行時(shí),由于循環(huán)電流Ic的存在,變壓器不能帶滿(mǎn)負(fù)荷,使總?cè)萘坎荒艹浞掷谩?

又由于變壓器的循環(huán)電流不是負(fù)荷電流,但它卻占據(jù)了變壓器的容量,因此降低了輸出功率,增加了損耗。當(dāng)變比相差很大時(shí),可能破壞變壓器的正常工作,甚至使變壓器損壞。為了避免因變比相差過(guò)大產(chǎn)生循環(huán)電流Ic過(guò)大而影響并列變壓器的正常工作,規(guī)定變比相差不宜大于0.5%

(二)阻抗電壓不等時(shí)變壓器并列運(yùn)行:

因?yàn)樽儔浩鏖g負(fù)荷分配與其額定容量成正比,而與阻抗電壓成反比。也就是說(shuō)當(dāng)變壓器并列運(yùn)行時(shí),如果阻抗電壓不同,其負(fù)荷并不按額定容量成比例分配,并列變壓器所帶的電流與阻抗電壓成反比,即II/III=UZKII/UZKI或UZKIIII=UZKIIIII,設(shè)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行,其容量為SNI,SNII,阻抗電壓為UZI、UZII,則各臺(tái)變壓器的負(fù)荷按下式計(jì)算:

SI=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]*(SNI/UZKI)

SII=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]*(SNII/UZKII)

即S△I/SII=(SNI*UZKII)/(SNII*UZKI)

根據(jù)以上分析可知:當(dāng)兩臺(tái)阻抗電壓不等的變壓器并列運(yùn)行時(shí),阻抗電壓大的分配負(fù)荷小,當(dāng)這臺(tái)變壓器滿(mǎn)負(fù)荷時(shí),另一臺(tái)阻抗電壓小的變壓器就會(huì)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行是不允許的,因此,只能讓阻抗電壓大的變壓器欠負(fù)荷運(yùn)行,這樣就限制了總輸出功率,能量損耗也增加了,也就不能保證變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以,為了避免因阻抗電壓相差過(guò)大,使并列變壓器負(fù)荷電流嚴(yán)重分配不均,影響變壓器容量不能充分發(fā)揮,規(guī)定阻抗電壓不能相差10%。

(三)接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行:

變壓器的接線組別反映了高低側(cè)電壓的相應(yīng)關(guān)系,一般以鐘表法來(lái)表示。當(dāng)并列變壓器電壓比相等,阻抗電壓相等,而接線組別不同時(shí),就意味著兩臺(tái)變壓器的二次電壓存在著相角差á和電壓差△U,在電壓差的作用下產(chǎn)生循環(huán)電流Ic:

Ic=△E/(ZdI+ZdII)

如果以á角表示繞組組別不同的變壓器線電壓之間的夾角,而Zd用UZK表示時(shí),循環(huán)電流可用下式表示:

Ic=2U1sin(á/2)/(ZdI+ZdII)=200sin(á/2)/[UZK1/In1+UZK2/In2]

如果In1=In2=In,UZK1=UZK2=UZK,則上式變?yōu)?

Ic=100sin(á/2)/UZK

式中In、UZK可用任一臺(tái)變壓器額定電流和阻抗電壓。

假設(shè)兩臺(tái)變壓器變比相等,阻抗電壓相等,而其接線組別分別為Y/Y0-12和Y/△-11,則由接線組別可知,當(dāng)á=360°-330°=30°,UZK%=(5～6)%Ic=100sin(á/2)/UZK得IC=(4～5)In,即循環(huán)電流時(shí)額定電流的4～5倍,分析可知接線組別不同的兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行,引起的循環(huán)電流有時(shí)與額定電流相當(dāng),但其差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)均不能動(dòng)作跳閘,而過(guò)電流保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作跳閘時(shí),將造成變壓器繞組過(guò)熱,甚至燒壞。

由以上分析可知,如果電壓比(變比)不相同,兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行將產(chǎn)生環(huán)流,影響變壓器的出力。如果百分阻抗不相等,則變壓器所帶的負(fù)荷不能按變壓器的容量成比例分配,阻抗小的變壓器帶的負(fù)荷大,阻抗大的變壓帶的負(fù)荷反而小,也影響變壓器的出力。變壓器并列運(yùn)行常常遇到電壓比(變比)、百分阻抗不完全相同的情況,可以采用改變變壓器分接頭的方法來(lái)調(diào)整變壓器阻抗值。若第三個(gè)條件不滿(mǎn)足將引起相當(dāng)于短路的環(huán)流,甚至燒毀變壓器;因此,接線組別不同的變壓器不能并列運(yùn)行。一般情況下,如果需將接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行,就應(yīng)根據(jù)接線組別差異不同,采取將各相異名、始端與末端對(duì)換等方法,將變壓器的接線化為相同接線組別才能并列運(yùn)行。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),兩臺(tái)變壓器并列,其容量比不應(yīng)超過(guò)3:1。因?yàn)椴煌萘康淖儔浩髯杩怪递^大,負(fù)荷分配極不平衡;同時(shí)從運(yùn)行角度慮,當(dāng)運(yùn)行方式改變、檢修、事故停電時(shí),小容量的變壓器將起不到備用的作用。

總之變壓器的正常運(yùn)行對(duì)電網(wǎng)的安全、可靠輸電起到重要的作用,因此我們?cè)诓⒘凶儔浩鬟\(yùn)行時(shí)考慮其條件是否符合,降低變壓器非并列運(yùn)行的危險(xiǎn)。

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