變壓器不完全并列運行負荷分配的研究

申雙葵，廖 艷

(成都電業(yè)局新都供電局，成都 610500)

變壓器并列運行時，需要調(diào)整變壓器的運行方式，將變壓器二次側(cè)不完全并列運行。不完全并列運行變壓器因外部因素而引起負荷不能平均分配于變壓器中，使得變壓器容量不能充分利用，造成變壓器過負荷而危及安全運行。同時，這也將給供電部門對電力的合理、經(jīng)濟調(diào)度帶來不利影響［1］。

為此，本文提出一種等效阻抗計算方法，該方法通過阻抗的計算來估算變壓器的負荷分配，能夠合理、經(jīng)濟地進行電力調(diào)度。

1 變壓器的并列運行

變壓器是電力網(wǎng)中的重要電氣設(shè)備，由于連續(xù)運行的時間長，為了使變壓器安全經(jīng)濟運行及提高供電的可靠性和靈活性，在運行中通常將2臺或多臺變壓器并列運行，如圖1所示(所有開關(guān)均處于合閘狀態(tài))，也就是將2臺或多臺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行［2］。其好處是:1)當(dāng)1臺變壓器發(fā)生故障時，并列運行的其他變壓器仍可以繼續(xù)運行，以保證重要用戶的用電;或當(dāng)變壓器需要檢修時可以先并聯(lián)上備用變壓器，再將要檢修的變壓器停電檢修，這樣既能保證變壓器的計劃檢修，又能保證不中斷供電，從而提高供電的可靠性。2)由于用電負荷季節(jié)性很強，在負荷輕的季節(jié)可以將部分變壓器退出運行，這樣既可以減少變壓器的空載損耗、提高效率，又可以減少無功勵磁損耗，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性［3］。

圖1 變壓器并列運行一次接線

2 變壓器的不完全并列運行

在實際工作中，由于某種原因需要將并列運行變壓器的二次側(cè)分列運行，如圖1中，當(dāng)302開關(guān)斷開，1#、2#主變110 kV側(cè)并列、35 kV側(cè)分列、10 kV側(cè)并列運行，這樣就形成變壓器的不完全并列運行，2臺變壓器產(chǎn)生了負荷不均勻分配現(xiàn)象［4］，35 kV側(cè)所有負荷均由1#主變提供，將造成1#主變可能超載運行。如果不準(zhǔn)確計算，則主變的負荷控制無法給定，為了更好地進行電力調(diào)度，則需要對變壓器不完全并列運行的負荷分配進行分析［5］。

圖2 三繞組變壓器的等值電路

圖3 變壓器不完全并列運行等值電路

首先，考慮變壓器的等值模型，三繞組變壓器等值成星型等值電路，如圖2所示。圖中Z1、Z2、Z3分別代表變壓器高、中、低壓側(cè)繞組的阻抗，由于變壓器的電抗遠大于電阻，所以在計算中可以省略電阻，同時不考慮導(dǎo)納。

由于繞組之前存在漏抗，通過變壓器的短路電壓參數(shù)求取高、中、低壓側(cè)短路電壓為:

由各側(cè)短路電壓求各側(cè)繞組的電抗為:

此時，該2臺不完全并列運行及其所帶負荷的等值電路如圖3所示。圖中Z11、Z12、Z13為1#主變高、中、低壓側(cè)等效阻抗;Z21、Z22、Z23為2#主變高、中、低壓側(cè)等效阻抗;Z35、Z10分別為35 kV、10 kV側(cè)負荷的等效阻抗。

令302開關(guān)斷開前，即1#、2#兩臺主變并列運行時，35 kV側(cè)總電流為I35，電壓為U35，有功總負荷為P35，無功總負荷為Q35;10 kV側(cè)總電流為I10，電壓為U10，有功總負荷為P10，無功總負荷為Q10，則:

在所有阻抗歸算于同一電壓等級后，由圖3的等值電路可以求得不完全并列運行1#、2#主變側(cè)的等效阻抗分別為:

由1#、2#主變各側(cè)等效阻抗可以求得各變壓器的負荷分配:

3 變壓器的不完全并列運行實例

成都市新都區(qū)110 kV三河變電站2臺三繞組變壓器并列運行，一次接線如圖1所示方式。

1#主變的阻抗電壓為:U1-2%=9.99、U1-3%=17.5、U2-3%=6.3;2#主變的阻抗電壓為:U1-2%=9.8、U1-3%=17.5、U2-3%=6.4;容量均為 40 MVA。

實例1:

在302 開關(guān)斷開之前，I35=262 A，U35=37.1 kV，P35=16.6 MW，Q35=3.0 MVar，I10=2 782 A，U10=10.6 kV，P10=49.5 MW，Q10=11.6 MVar。

由于變壓器35 kV側(cè)分列運行，必將產(chǎn)生變壓器負荷不均勻分配現(xiàn)象，1#主變可能超載運行，所以針對變壓器分列運行時，必需進行負荷控制。如不進行準(zhǔn)確計算，假定10 kV側(cè)負荷均勻分配于2臺主變，相應(yīng)的負控方案(按照主變負荷不超過容量的90%的原則):在35 kV側(cè)負控5.35 MW，或在10 kV側(cè)負控10.7 MW，即負控在5.35～10.7 MW范圍內(nèi)。

經(jīng)過負荷分配計算后，1#主變負荷為37.6 MW;2#主變負荷為28.5 MW。

由計算后負荷分配的大小可以看出，2臺主變均不過載，這種情況下可以不進行負荷控制。

表1 變壓器不完全并列運行負荷分配及其誤差(實例1)

在不進行負荷控制后，斷開302開關(guān)，變壓器不完全并列運行時，1#、2#主變負荷分配的實際測量值與估算值相比見表1。

由表1可見，經(jīng)過變壓器負荷分配計算后而決定不進行負控，實際運行表明滿足要求，誤差在可以接受的范圍之內(nèi)。

實例2:

在302 開關(guān)斷開之前，I35=354 A，U35=37.0 kV，P35=22.3 MW，Q35=4.1 MVar，I10=2 874 A，U10=10.6 kV，P10=51.4 MW，Q10=12.0 MVar。

按照方案1負控原則，不進行準(zhǔn)確計算時的負控方案:在35 kV側(cè)負控12 MW，或在10 kV側(cè)負控24 MW，即負控在12～24 MW范圍內(nèi)。

經(jīng)過負荷分配計算后:1#主變負荷為43.1 MW;2#主變負荷為30.6 MW。

由計算后負荷分配的大小可以看出，1#主變過載運行，這種情況下負控方案可以相應(yīng)制定為:在35 kV側(cè)負控7 MW;由計算后的負荷分配可以看出，10 kV側(cè)1#、2#主變的負荷分配比例為0.68/1，因為1#主變需要負控7 MW，而此時2#主變負荷相應(yīng)降低了10.3 MW，所以在10 kV側(cè)負控17.3 MW，負控在7～17.3 MW范圍內(nèi)。

根據(jù)計算分析后，根據(jù)實際情況而制定相應(yīng)的負控方案為:35 kV側(cè)負控2 MW，10 kV側(cè)負控12 MW。

根據(jù)負控方案后的預(yù)期負荷，再計算主變負荷分配，1#主變負荷為35.5 MW;2#主變負荷為23.9 MW。

根據(jù)制定的負控方案執(zhí)行，斷開302開關(guān)后，變壓器不完全并列運行時，1#、2#主變負荷分配的實際測量值與估算值相比見表2。

由表2可見，經(jīng)過變壓器負荷分配計算后而制定的負控方案滿足要求，誤差在可以接受的范圍之內(nèi)。

4 結(jié)論

當(dāng)2臺三繞組變壓器二次側(cè)中一側(cè)分列運行，另一側(cè)并列運行時，2臺變壓器將會產(chǎn)生負荷不均勻分配現(xiàn)象，尤其是分列運行側(cè)負荷電流相對而言相差較大時，2臺變壓器負荷電流不平衡現(xiàn)象更為明顯，不平衡程度由分列運行側(cè)負荷電流大小決定。如果不準(zhǔn)確計算，則主變的負荷控制無法給定，按經(jīng)驗負控則不利于多供電，造成資源浪費，用戶也不會滿意，優(yōu)質(zhì)服務(wù)也受影響。

表2 變壓器不完全并列運行負荷分配及其誤差(實例2)

在供電部門中，安全經(jīng)濟供電是供電部門工作的宗旨，而搞好變電站中主變的經(jīng)濟調(diào)度工作，又是經(jīng)濟供電的重要一環(huán)。本文對變壓器不完全并列運行負荷分配的理論計算，為調(diào)度部門提供了合理、經(jīng)濟負荷調(diào)整的理論依據(jù)，同時降低了負荷控制范圍，提高了經(jīng)濟效益，增強了優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

［1］王丹民.變壓器經(jīng)濟運行分析［J］.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，1999(21):38-40.

［2］董小瑞，楊竹贊.關(guān)于運城電網(wǎng)主變運行方式的幾點思考［J］.電力學(xué)報，2006(21):473-476.

［3］徐正隆.變電站主變壓器經(jīng)濟調(diào)度方案［J］.四川電力技術(shù)，1999(1):52-55.

［4］李學(xué)蘭，田進川.變壓器并列運行負荷電流不均勻分配現(xiàn)象分析［J］.華中電力，1999(12):57-58.

［5］張建雄，張樹宏.并列運行變壓器負荷調(diào)整與分析［J］.河北煤炭，2002(4):36-37.