鞍山電網(wǎng)500 kV自耦變壓器公共繞組過(guò)負(fù)荷運(yùn)行工況分析

王家勛，高殿瀅

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

鞍山電網(wǎng)500 kV自耦變壓器公共繞組過(guò)負(fù)荷運(yùn)行工況分析

王家勛1，高殿瀅2

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110003；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110006）

針對(duì)鞍山電網(wǎng)500 kV自耦變壓器的運(yùn)行工況，詳細(xì)分析了自耦變壓器公共繞組過(guò)負(fù)荷的運(yùn)行特性；以某變電站實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，分析了功率因數(shù)和低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償電容器組容量對(duì)公共繞組過(guò)負(fù)荷的影響。證明了在變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率的運(yùn)行方式下，當(dāng)變壓器負(fù)荷較大時(shí)將導(dǎo)致公共繞組過(guò)負(fù)荷，使高壓側(cè)和中壓側(cè)不能滿負(fù)荷運(yùn)行；通過(guò)提高高壓側(cè)功率因數(shù)或減小低壓側(cè)向中壓側(cè)輸送的滯后無(wú)功功率，消除公共繞組過(guò)負(fù)荷，提高變壓器負(fù)載能力。

自耦變壓器；公共繞組過(guò)負(fù)荷；功率因數(shù)；無(wú)功功率

根據(jù)《2014年遼寧電網(wǎng)運(yùn)行方式》，2014年擔(dān)負(fù)鞍山地區(qū)供電任務(wù)的500 kV王石變2臺(tái)主變、鞍山變2臺(tái)主變、遼陽(yáng)變1號(hào)主變的負(fù)荷較重，且在系統(tǒng)事故情況下上述5臺(tái)500 kV自耦變壓器可能出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷情況。在這種主變長(zhǎng)期重負(fù)荷的運(yùn)行工況下，不但要掌握主變過(guò)負(fù)荷時(shí)的過(guò)負(fù)荷倍數(shù)、運(yùn)行時(shí)間等，還要注意自耦變壓器特有的公共繞組過(guò)負(fù)荷問(wèn)題。即自耦變壓器在某種運(yùn)行方式下，高壓側(cè)和中壓側(cè)的負(fù)荷均未超過(guò)額定容量，低壓繞組也未超過(guò)其額定容量，但公共繞組視在功率卻超過(guò)其額定容量，此時(shí)保護(hù)裝置將發(fā)出過(guò)負(fù)荷告警，使變壓器不能滿負(fù)荷運(yùn)行，影響其負(fù)載能力［1］。針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合運(yùn)行方式對(duì)自耦變壓器公共繞組過(guò)負(fù)荷問(wèn)題進(jìn)行理論分析，得出公共繞組過(guò)負(fù)荷原因及與運(yùn)行方式的關(guān)系；通過(guò)實(shí)例計(jì)算，提出消除公共繞組過(guò)負(fù)荷，提高變壓器負(fù)載能力的方法。

1 公共繞組過(guò)負(fù)荷原理分析及與運(yùn)行方式的關(guān)系

自耦變壓器單相結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

高中壓繞組電壓比有：

效益系數(shù)有［2］：

式（2）中，因降壓變壓器電壓比k12＞1，故Kb＜1。

高壓側(cè)容量有：

中壓側(cè)容量有：

公共繞組額定容量有：

圖1 自耦變壓器單相結(jié)構(gòu)原理圖

1.1 原理分析

目前為鞍山地區(qū)供電的500 kV王石變2臺(tái)主變、鞍山變2臺(tái)主變、遼陽(yáng)變1號(hào)主變均為降壓自耦變壓器，負(fù)荷均從500 kV系統(tǒng)通過(guò)變壓器流向220 kV系統(tǒng)［3-4］，因此在實(shí)際運(yùn)行中可能出現(xiàn)的運(yùn)行方式分為2種：第1種是高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率；第2種是高壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)和低壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率。

1.1.1 按第1種運(yùn)行方式分析

自耦變壓器從高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率，即低壓側(cè)投入無(wú)功電源（電容器組）［5］。

由圖2可知，有功功率P和滯后無(wú)功功率Q為三相的值，U為相電壓，即設(shè)高壓側(cè)和低壓側(cè)輸入變壓器，中壓側(cè)輸出變壓器。不計(jì)變壓器的有功和無(wú)功損耗以及電壓降時(shí)有P2＝P1＋P3，Q2＝Q1＋Q3，U1＝k12U2。

圖2 第1種運(yùn)行方式下自耦變壓器單相原理圖

由高壓側(cè)的三相復(fù)功率可得這種運(yùn)行方式下，中壓側(cè)的三相復(fù)功率為

公共繞組的三相復(fù)功率為

代入式（2）得

這種運(yùn)行方式下，公共繞組的負(fù)荷（即視在功率）為

用中壓側(cè)的功率表示有

由式（5）可知，公共繞組的額定視在功率為

運(yùn)行時(shí)，公共繞組不過(guò)負(fù)荷必須滿足條件：

由式（11）、（13）、（14）可知，這種運(yùn)行方式下當(dāng)高壓側(cè)到達(dá)額定功率時(shí)，因低壓側(cè)的有功P3或滯后無(wú)功功率Q3，有SG＞SGN，公共繞組已經(jīng)過(guò)負(fù)荷。同樣，由式（12）、（13）、（14）可知，因式（12）中1-Kb＞1，這種運(yùn)行方式下當(dāng)中壓側(cè)到達(dá)額定功率時(shí)，因?yàn)榈蛪簜?cè)的有功P3或滯后無(wú)功功率Q3，有SG＞SGN，公共繞組也已經(jīng)過(guò)負(fù)荷。因此，自耦變壓器在高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率的運(yùn)行方式下，公共繞組到達(dá)額定功率時(shí)，高壓側(cè)和中壓側(cè)必定不能滿負(fù)荷運(yùn)行。

1.1.2 按第2種運(yùn)行方式分析

自耦變壓器從高壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)和低壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率，即低壓側(cè)投入無(wú)功負(fù)載（電抗器組）。

由圖2可知，有功功率P和滯后無(wú)功功率Q為三相的值，U為相電壓，設(shè)高壓側(cè)輸入變壓器，中壓側(cè)和低壓側(cè)輸出變壓器。不計(jì)變壓器的有功和無(wú)功損耗以及電壓降時(shí)有P1＝P2＋P3，Q1＝Q2＋Q3。

這種運(yùn)行方式下，中壓側(cè)的三相復(fù)功率為

代入式（7）、（15），公共繞組的三相復(fù)功率為

代入式（2）得

這種運(yùn)行方式下，公共繞組的負(fù)荷（即視在功率）為用中壓側(cè)的功率表示有

由式（13）、（14）、（18）可知，這種運(yùn)行方式下當(dāng)高壓側(cè)到達(dá)額定功率時(shí)，因低壓側(cè)的有功P3或滯后無(wú)功功率Q3，有SG＜SGN，公共繞組不會(huì)過(guò)負(fù)荷。同樣，由式（13）、（14）、（19）可知，因式（19）中Kb-1＜1，這種運(yùn)行方式下當(dāng)中壓側(cè)到達(dá)額定功率時(shí)，因低壓側(cè)的有功P3或滯后無(wú)功功率Q3，有SG＜SGN，公共繞組也不會(huì)過(guò)負(fù)荷。因此，自耦變壓器在高壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)和低壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率的運(yùn)行方式下，即使高壓側(cè)和中壓側(cè)滿負(fù)荷運(yùn)行，公共繞組也不會(huì)過(guò)負(fù)荷。

1.2 分析結(jié)果及與運(yùn)行方式的關(guān)系

a.500 kV自耦變壓器在高壓側(cè)和低壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率的運(yùn)行方式下，即低壓側(cè)投入電容器組，當(dāng)負(fù)荷較大時(shí)將發(fā)生公共繞組過(guò)負(fù)荷，使變壓器高壓側(cè)和中壓側(cè)不能滿負(fù)荷運(yùn)行。

b.500 kV自耦變壓器在高壓側(cè)同時(shí)向中壓側(cè)和低壓側(cè)輸送有功和滯后無(wú)功功率的運(yùn)行方式下，即低壓側(cè)投入電抗器組，即使高壓側(cè)和中壓側(cè)滿負(fù)荷運(yùn)行，公共繞組也不會(huì)發(fā)生過(guò)負(fù)荷。

2 提高變壓器負(fù)載能力的方法

王石500 kV變電站是鞍山地區(qū)的重點(diǎn)電力下網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，站內(nèi)2臺(tái)1 000 MVA自耦主變壓器供給鞍山南部地區(qū)的大部分負(fù)荷，負(fù)荷高峰時(shí)段2臺(tái)主變壓器帶有功負(fù)荷近1 400 MW。以王石變1號(hào)主變?yōu)槔?，按上?jié)中第1種運(yùn)行方式進(jìn)行負(fù)荷分析，得出消除公共繞組過(guò)負(fù)荷，提高變壓器負(fù)載能力的方法。

2.1 王石變1號(hào)主變相關(guān)參數(shù)

a.額定容量：3×（334／334／100）MVA

c.66 kV側(cè)無(wú)功補(bǔ)償電容器組：4×30 Mvar

d.根據(jù)當(dāng)前分接頭在“2”位置，可得高中壓繞組電壓比k12＝525／241.5＝2.17，效益系數(shù)Kb＝1-1／k12＝0.54，公共繞組額定容量SGN＝KbSN＝0.54×1 000＝540 MVA。

2.2 高壓側(cè)功率因數(shù)對(duì)主變負(fù)載能力的影響

在主變低壓側(cè)固定向中壓側(cè)輸送滯后無(wú)功功率120 Mvar的運(yùn)行方式下，由式（11）可知，通過(guò)改變高壓側(cè)功率因數(shù)，計(jì)算出當(dāng)公共繞組達(dá)到額定容量時(shí)，高壓側(cè)和中壓側(cè)的有功和無(wú)功功率。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 低壓側(cè)固定輸送無(wú)功120 Mvar時(shí)的計(jì)算結(jié)果

由表1可知，當(dāng)主變低壓側(cè)向中壓側(cè)輸送固定容量的滯后無(wú)功功率時(shí)，高壓側(cè)的功率因數(shù)越高，主變向中壓側(cè)輸送功率的能力越強(qiáng)。因此可通過(guò)提高主變高壓側(cè)的功率因數(shù)，達(dá)到提高主變負(fù)載能力的目的。

2.3 低壓側(cè)輸送滯后無(wú)功功率對(duì)主變負(fù)載能力的影響

將主變高壓側(cè)功率因數(shù)固定為0.92，由式（11）可知，通過(guò)改變低壓側(cè)向中壓側(cè)輸送的滯后無(wú)功功率，計(jì)算出當(dāng)公共繞組達(dá)到額定容量時(shí)，高壓側(cè)和中壓側(cè)的有功和無(wú)功功率。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 高壓側(cè)功率因數(shù)固定為0.92時(shí)的計(jì)算結(jié)果

由表2可知，當(dāng)主變高壓側(cè)功率因數(shù)一定時(shí)，低壓側(cè)向中壓側(cè)輸送的滯后無(wú)功功率越小，主變向中壓側(cè)輸送功率的能力越強(qiáng)。因此可通過(guò)減小主變低壓側(cè)向中壓側(cè)輸送的滯后無(wú)功功率，即退出無(wú)功補(bǔ)償電容器組，達(dá)到提高主變負(fù)載能力的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，由于500 kV變電站無(wú)功補(bǔ)償電容器組的單組容量較大，當(dāng)變壓器負(fù)載較重且需要調(diào)壓時(shí)，應(yīng)合理選擇投入電容器組的容量，避免發(fā)生公共繞組過(guò)負(fù)荷，影響變壓器的負(fù)載能力。而當(dāng)變壓器發(fā)生公共繞組過(guò)負(fù)荷時(shí)，可通過(guò)提高高壓側(cè)的功率因數(shù)或減小低壓側(cè)向中壓側(cè)輸送的滯后無(wú)功功率（退出無(wú)功補(bǔ)償電容器組）的方法，消除公共繞組過(guò)負(fù)荷，提高變壓器負(fù)載能力。

［1］ 呂志寧，吳海濤.自耦變壓器公共繞組過(guò)負(fù)荷原因分析［J］.廣東電力，2003，16（1）：38-40.

［2］ 武 力.電力自藕變壓器效益系數(shù)的分析（上）［J］.變壓器，2001，38（11）：1-6.

［3］ 南 哲，侯玉琤，寧遼逸.500／220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)與分區(qū)運(yùn)行研究［J］.東北電力技術(shù)，2014，35（3）：4-8.

［4］ 李正文，馮松起，高 凱.遼寧電網(wǎng)500／220 kV電磁環(huán)網(wǎng)解環(huán)進(jìn)展及策略［J］.東北電力技術(shù)，2012，33（4）：7-9.

［5］ 孔慶東.500 kV變電所無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備額定電壓的選擇與配合［J］.東北電力技術(shù)，2008，29（8）：42-45.

Analysis of Operating Conditions of Common Winding Overload for 500 kV Autotransformer in Anshan Grid

WANG Jia?xun1，GAO Dian?ying2
（1.Maintenance Branch of Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning110006，China）

For the operating conditions of 500 kV autotransformer in Anshan Grid，operational features of autotransformer common winding overload is analyzed in detail；With a practical operation data of substation，the influence of the power factor and reactive compensation capacity at LV（Low Voltage）side of common winding overload is analyzed.It comes to the conclusion：when the active and reactive power flows simultaneously from the HV（High Voltage）side and the LV side to the MV（Middle Voltage）side，when the transformer load is heavy，overload will lead to the common winding，the power from the HV winding and the MV winding can not get to their rating value；by improving the power factor of HV side or reducing the reactive power from the LV side to the MV side，the common winding overload will be eliminated，the transformer load capacity will increase.

Autotransformer；Common winding overload；Power factor；Reactive power

TM411＋.3

A

1004-7913（2015）03-0051-04

王家勛（1983—），男，碩士，工程師，從事超高壓電網(wǎng)變電設(shè)備運(yùn)維管理工作。

2014-12-20）