多臺(tái)變壓器并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行的研究

李家鋒 田家運(yùn) 潘 成

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

多臺(tái)變壓器并聯(lián)穩(wěn)定運(yùn)行的研究

李家鋒 田家運(yùn) 潘 成

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

本文以典型110kV變電站兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行后出現(xiàn)較大環(huán)流為實(shí)例進(jìn)行分析，得出結(jié)論：環(huán)流由主變繞組變比誤差不同引起，正確的配套變壓器可以避免并聯(lián)運(yùn)行產(chǎn)生的環(huán)流，減少附加損耗及其他安全事故，確保變壓器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)也給變電站變壓器的配套選型及維修工作提供很好的借鑒意義。

變壓器；變比；并聯(lián)；環(huán)流

變壓器并聯(lián)運(yùn)行指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上變壓器的原邊、副邊分別接在各自母線上，通過母聯(lián)開關(guān)并聯(lián)在一起，共同對(duì)負(fù)載進(jìn)行供電。并聯(lián)運(yùn)行能夠提高電能供應(yīng)的可靠性，減少備用容量，還能夠根據(jù)負(fù)載的大小來調(diào)整投入運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，以提高運(yùn)行效率。當(dāng)然并列臺(tái)數(shù)不能太多，因?yàn)樵趩闻_(tái)機(jī)組容量太小時(shí)會(huì)增加損耗，增加投資和成本，使運(yùn)行操作復(fù)雜化。為消除或減少并聯(lián)變壓器回路中所構(gòu)成的環(huán)流，需要并聯(lián)的變壓器必須滿足一定的條件。

已投運(yùn)的變電站在變壓器改造或大修時(shí)，需要特別注意檢查變壓器并聯(lián)運(yùn)行條件是否完全滿足，以避免環(huán)流的發(fā)生。

1 某110kV變電站一次接線圖

該110kV變電站本是常規(guī)變電站，需進(jìn)行數(shù)字化改造。整個(gè)變電站結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，兩條110kV進(jìn)線，采取內(nèi)橋接線方式，兩臺(tái)三卷變壓器，主變高壓側(cè)為節(jié)省成本，未安裝斷路器，3個(gè)電壓等級(jí)分別為110kV、35kV、10kV，35kV母線、10kV母線均采用單母線線分段方式，通過分段開關(guān)分、合實(shí)現(xiàn)斷開和連通。具體接線簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 某110kV變電站一次接線簡(jiǎn)圖

2 兩臺(tái)變壓器并聯(lián)后產(chǎn)生環(huán)流現(xiàn)象

該站1號(hào)變壓器處于投運(yùn)狀態(tài)，即110kV進(jìn)線131開關(guān)、1號(hào)主變中壓側(cè)311開關(guān)、1號(hào)主變低壓側(cè)011開關(guān)處于合閘位置，當(dāng)投入2號(hào)主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)較大環(huán)流現(xiàn)象。具體過程是，主變中壓側(cè)312開關(guān)和主變低壓側(cè)012開關(guān)處于分閘，主變高壓側(cè)通過進(jìn)線102或內(nèi)橋110供電，2號(hào)主變高壓側(cè)運(yùn)行正常，電流很小，幾乎為零；在 35kV母線分段310開關(guān)合閘后，合上2號(hào)主變中壓側(cè)312開關(guān)的瞬間，1號(hào)變壓器聲音驟然增大；在10kV母線分段010開關(guān)合閘后，再合上2號(hào)主變低壓側(cè)012開關(guān)，1號(hào)主變聲音沒有明顯降低。觀察發(fā)現(xiàn) 2號(hào)主變中壓側(cè)和低壓側(cè)電流明顯高于負(fù)荷電流，具體現(xiàn)象為：10kV負(fù)荷A相總電流994A，而2號(hào)主變低壓側(cè)A相采集電流達(dá)到1338A；2號(hào)主變中壓側(cè)A相采集電流達(dá)到716A。

經(jīng)查，2號(hào)主變高壓側(cè)、橋側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)四側(cè)相位和極性均正常，電流合并單元裝置（該裝置是針對(duì)與數(shù)字化輸出的電子式互感器連接而在IEC 60044-8中首次定義的，其主要功能是同步采集多路電流互感器/電壓互感器輸出的數(shù)字信號(hào)后并按照規(guī)定的格式發(fā)送給保護(hù)、測(cè)控等設(shè)備）采集到的電流正常，監(jiān)控后臺(tái)顯示遙測(cè)量正常；110kV母線和 10kV母線電壓沒有明顯變化，屬于正常范圍之內(nèi)，但是35kV母線電壓采集值達(dá)到40.7kV，明顯大于正常值。隨即斷開35kV母線分段310開關(guān)，1號(hào)主變聲音回歸正常，主變?nèi)齻?cè)電流電壓恢復(fù)正常。1號(hào)主變中壓側(cè)電壓為 38.9kV，2號(hào)主變中壓側(cè)電壓依然處于41.43kV高電壓，初步判斷問題出現(xiàn)在2號(hào)主變中壓側(cè)。

兩主變解列，全站負(fù)荷全部由2號(hào)主變來承擔(dān)，合上110kV進(jìn)線102開關(guān)，斷開110kV內(nèi)橋110開關(guān)，合上35kV分段310開關(guān)，分別斷開1號(hào)主變中壓側(cè)311開關(guān)、低壓側(cè)011開關(guān)和進(jìn)線131開關(guān)。操作完畢后，發(fā)現(xiàn)只有35kV母線電壓偏高，110kV、10kV電壓采集正常。由此判斷2號(hào)變壓器本身沒有問題，問題出現(xiàn)在兩臺(tái)主變中壓側(cè)變比不一致上，偏差過大。

投入1號(hào)主變，退出2號(hào)主變。將2號(hào)主變高壓側(cè)與中壓側(cè)變比調(diào)到與1號(hào)主變相同。再次投運(yùn)2號(hào)主變，此時(shí)兩臺(tái)主變中壓側(cè)、低壓側(cè)負(fù)荷都均衡，基本沒有環(huán)流，運(yùn)行正常，聲音正常。

運(yùn)行過程情況見表1。

3 問題分析

變壓器并聯(lián)運(yùn)行的理想條件需要具備4個(gè)條件，即各臺(tái)變壓器之間的變壓比相等、連接組別必須相同、阻抗電壓相同、短路阻抗角相等。

表1 運(yùn)行方式試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比

能夠使變壓器并聯(lián)運(yùn)行形成環(huán)流的原因是變壓比不相等和連接組別不相同。在兩臺(tái)變壓器的原邊加同一電壓，2號(hào)變壓器的變比小于 1號(hào)變壓器，當(dāng)兩臺(tái)變壓器副邊開路時(shí)，變比小的變壓器感應(yīng)電勢(shì)高，致使兩臺(tái)變壓器副邊電壓不相等，產(chǎn)生差額電壓。當(dāng)這兩臺(tái)變壓器副邊并聯(lián)于公共母線、不帶負(fù)荷時(shí)，在差額電壓的作用下，副邊回路將產(chǎn)生環(huán)流，根據(jù)磁勢(shì)平衡原理，原邊回路也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)流。當(dāng)這兩臺(tái)變壓器的副邊并聯(lián)于公共母線并帶起負(fù)荷時(shí)，環(huán)流仍然存在，變壓器的實(shí)際電流是由環(huán)流和負(fù)載分量?jī)刹糠纸M成的，且變比小的變壓器電流相量等于環(huán)流與負(fù)載分量相量之和，變比大的變壓器電流相量等于負(fù)載分量與環(huán)流之相量差。也就是說，變比不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，在空載時(shí)，原、副邊回路會(huì)出現(xiàn)環(huán)流，增加了附加損耗。負(fù)載時(shí)環(huán)流與負(fù)載電流合成的結(jié)果，使變比小的變壓器電流增大，可能過載；變比大的變壓器電流減小，可能欠載。由于短路阻抗很小，即使并聯(lián)運(yùn)行的變壓器變比之差很小，也能產(chǎn)生較大的環(huán)流，因此必須限制并聯(lián)運(yùn)行變壓器的變比差。兩臺(tái)變壓器的一次側(cè)、二次側(cè)電壓需相等，變壓比K的誤差不允許超過±0.5%。

連接組別應(yīng)相同，連接組別反映一次側(cè)、二次側(cè)線電壓的相位關(guān)系。如果連接組別不同，即使二次側(cè)電壓大小一樣，但因相位的不同，并聯(lián)后也仍然會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)差，從而導(dǎo)致環(huán)流產(chǎn)生。如兩臺(tái)變壓器原邊均為星形連接，副邊一個(gè)是星形連接，一個(gè)是正連三角形連接，兩個(gè)副邊對(duì)應(yīng)的線電壓相位不相同，彼此相差30°。副邊的電壓差將達(dá)到副邊線電壓的 51.8%，這樣大的電壓差所引起的環(huán)流將超過額定電流許多倍。若連接組別相差越大，則副邊的電壓差也就越大，環(huán)流就更大，可能將變壓器燒毀，因此連接組不相同的變壓器絕對(duì)不允許并聯(lián)運(yùn)行。

至于阻抗電壓相同和短路阻抗角相等兩個(gè)條件，由于制造等原因，總會(huì)稍有差別。當(dāng)短路阻抗角相差20°以下時(shí)，電流的相量和與電流代數(shù)和之間相差很小，故一般不考慮阻抗角的影響。若各并聯(lián)變壓器的阻抗電壓UK有一定差別，將影響并聯(lián)變壓器的負(fù)荷分配，在不使任一臺(tái)變壓器過載的條件下，則并聯(lián)組所能供給的最大總負(fù)荷將減少，UK差別越大，最大總負(fù)荷的降低程度越嚴(yán)重。設(shè)兩臺(tái)變壓器并聯(lián)且額定容量分別為SAN、SBN，阻抗電壓分別為 UKA、UKB，并聯(lián)組所能供給的總負(fù)載為 S12，則兩臺(tái)變壓器所能承擔(dān)的負(fù)載SA和SB的計(jì)算式為

Research Several Transformers in Parallel and Stable Operation

Li Jiafeng Tian Jiayun Pan Cheng
(Nari Technology Development Co.,Ltd,Nanjing 211106)

In this paper,after running a typical 110kV substation two transformers in parallel,a larger circulation as an example,the analysis by the main transformer winding circulation becomes different than the error caused by the correct matching transformer avoids parallel circulation generated by the operation,but also reduce the additional losses and other security accidents,ensure that the transformer safe and stable operation,and to support the selection and maintenance of the substation transformer to provide a good reference.

transformer;ratio;parallel;circulation