吳永杰　李 峰　劉建戈

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容量比超3倍變壓器的并列運(yùn)行分析與試驗(yàn)

吳永杰李 峰劉建戈

（江蘇省漣水縣供電公司，江蘇淮安 223400）

本文分析兩臺(tái)變壓器接線組別、變比不同時(shí)并列運(yùn)行產(chǎn)生的循環(huán)電流，阻抗電壓不同時(shí)并列運(yùn)行的負(fù)荷分配。根據(jù)兩變電站的20MVA與6.3MVA的35kV變壓器的參數(shù)，計(jì)算阻抗電壓偏差和并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷分配情況。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證了容量比超過(guò)3倍的變壓器，在滿足接線組別、變比相同和阻抗電壓偏差條件下可并列運(yùn)行。

變壓器；容量比；循環(huán)電流；并列

在變電站中進(jìn)行單臺(tái)變壓器增容改造時(shí)，使原先容量相等或相近的變壓器會(huì)變成一大一小的情況，當(dāng)容量比超過(guò)3倍時(shí)會(huì)給運(yùn)行方式調(diào)整和負(fù)荷釋放帶來(lái)困難。由于存在變壓器容量比超過(guò)3倍不能并列運(yùn)行的要求[1]，當(dāng)負(fù)荷超過(guò)大容量變壓器時(shí)，大容量變壓器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)超載，分列運(yùn)行時(shí)小容量變壓器超載；需要兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。電網(wǎng)調(diào)度部門堅(jiān)持容量比超3倍的變壓器不能并列運(yùn)行，致使兩臺(tái)變壓器最大供電能力僅等于大容量的變壓器，高負(fù)荷期間不是變壓器重載就是限負(fù)荷。因此，容量比超過(guò)3倍的變壓器如果能并列運(yùn)行，就可充分釋放變壓器容量提高利用率，緩解供電瓶頸。

1 變壓器并列運(yùn)行條件分析

1.1 變壓器并列運(yùn)行條件

變壓器并列運(yùn)可滿足負(fù)荷需求和降低損耗，但并列運(yùn)行需要符合一定條件。并列運(yùn)行最佳方式是在同規(guī)格同容量變壓器情況下，空載時(shí)二次側(cè)沒有循環(huán)電流，按變壓器容量大小比例分配負(fù)荷，且負(fù)荷電流同相位。《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》中對(duì)變壓器并列運(yùn)行規(guī)定了3個(gè)條件[2]：

1）接線組別號(hào)相同。

2）變壓器變比應(yīng)相等，差值不得超過(guò)±0.5%。

3）阻抗電壓值偏差小于10%。

其中并沒有提到變壓器容量比的規(guī)定，同樣電力行業(yè)的變壓器運(yùn)行規(guī)程以及調(diào)度規(guī)程中，關(guān)于變壓器并列運(yùn)行都沒有涉及容量比問(wèn)題[3]。因此容量比超過(guò)3倍變壓器的不能并列運(yùn)行的說(shuō)法，需要分析和驗(yàn)證。

1.2 組別及變比不同時(shí)變壓器并列運(yùn)行分析

接線組別不一致的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，會(huì)在變壓器之間產(chǎn)生循環(huán)電流。以兩臺(tái)同容量相接線組別分別為Yyn0和Ydn11的變壓器為例，在30°相位差電壓作用下，并列運(yùn)行時(shí)變壓器回路會(huì)出現(xiàn)2.6～5倍額定電流的循環(huán)電流。在相位差180°時(shí)電壓差可達(dá)2倍額定電壓，產(chǎn)生10～20倍的額定電流，足以燒壞變壓器。因此接線組別不同的變壓器不能并列運(yùn)行。

當(dāng)并列運(yùn)行變壓器的變比不等時(shí)，變壓器二次側(cè)也會(huì)產(chǎn)生電壓差，因而產(chǎn)生循環(huán)電流。當(dāng)相差一個(gè)檔位時(shí)電壓差為2.5%，循環(huán)電流可達(dá)額定電流的12.5%～25%；相差2個(gè)檔位電壓差為5%時(shí)，循環(huán)電流可達(dá)額定電流的25%～50%。當(dāng)不同容量變壓器并列運(yùn)行時(shí)，變比產(chǎn)生循環(huán)電流對(duì)小容量變壓器影響更大。循環(huán)電流不僅增加了變壓器的損耗和發(fā)熱量，而且還會(huì)造成變壓器故障[4]。

1.3 阻抗電壓不同時(shí)變壓器并列運(yùn)行分析

接線組別相同和變比相等的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，如果阻抗電壓不同，就會(huì)直接影響到變壓器間負(fù)荷的分配。兩臺(tái)阻抗電壓不同的變壓器并列運(yùn)行，第臺(tái)變壓器負(fù)荷分配系數(shù)D的計(jì)算表達(dá)式為

式中，Ni為第臺(tái)變壓器的額定容量；dli%為第臺(tái)變壓器的阻抗電壓；N1、N2、dl1i%、d2%為1、2號(hào)變壓器的額定容量和阻抗電壓[5]。

由式（1）可知，變壓器的負(fù)荷分配系數(shù)與變壓器容量和阻抗電壓有關(guān)，各臺(tái)變壓器分配負(fù)荷系數(shù)之和應(yīng)為1。當(dāng)變壓器容量相同阻抗電壓不同時(shí)，負(fù)荷分配系數(shù)成反比，阻抗電壓小的變壓器承擔(dān)負(fù)荷多。因此，只有兩臺(tái)變壓器的容量與阻抗電壓比值相等時(shí)，變壓器所承擔(dān)負(fù)荷才能按其容量比例 分配。

兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，所承擔(dān)負(fù)荷容量取決于先達(dá)到滿載的變壓器，其最大允許容量[5]（能承擔(dān)的總負(fù)荷）fi為

式中，fi為最大允許容量；Ni為第臺(tái)變壓器的額定容量；dli%為第臺(tái)變壓器的阻抗電壓；N1、N2為1、2號(hào)變壓器的額定容量[5]。

規(guī)程要求兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，阻抗電壓偏差小于10%。根據(jù)式（2）可計(jì)算出同容量情況阻抗電壓偏差為10%時(shí)，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)最大允許容量為總?cè)萘康?5%；阻抗電壓偏差為20%時(shí)，最大允許容量為總?cè)萘康?1.5%。容量比為2的兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，阻抗電壓偏差10%，最大允許容量為總?cè)萘康?4%；阻抗電壓偏差20%時(shí)，最大允許容量為總?cè)萘康?3.3%。因此，兩臺(tái)并列運(yùn)行變壓器阻抗電壓偏差為10%以內(nèi)時(shí)，可充分釋放容量，隨著阻抗電壓偏差的增加對(duì)總?cè)萘康睦寐试降?，也就失去并列運(yùn)行的意義。

2 容量比超3倍變壓器并列運(yùn)行分析

當(dāng)兩臺(tái)變壓器的容量比超過(guò)3倍時(shí)，能否并列運(yùn)行？理論上只要兩臺(tái)變壓器的阻抗電壓偏差小于10%，無(wú)論容量比是否超過(guò)3倍，并列運(yùn)行時(shí)沒有循環(huán)電流、負(fù)荷電流同相位且按容量比例分配都是可以并列運(yùn)行的。下面以兩座變電站變壓器容量比超3倍的情況為例進(jìn)行分析計(jì)算。

2.1 變壓器參數(shù)

甲乙兩座變電站存在兩臺(tái)變壓器容量比超過(guò)3倍的情況，都是1臺(tái)20MVA和1臺(tái)6.3MVA的變壓器。其參數(shù)見表1。

表1 容量比超3倍的變壓器參數(shù)

根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算阻抗電壓偏差值、阻抗值和阻抗電壓標(biāo)幺值，結(jié)果見表2。

表2 變壓器阻抗參數(shù)計(jì)算

從計(jì)算結(jié)果看，35kV甲變電站兩臺(tái)變壓器的阻抗電壓偏差值為1.03%，乙變電站兩臺(tái)變壓器的阻抗電壓偏差值為4.6%，符合規(guī)程要求阻抗電壓小于10%的變壓器并列運(yùn)行條件。

2.2 并列分析

變壓器并列運(yùn)行時(shí)，阻抗電壓值偏小的變壓器會(huì)“搶”負(fù)荷，負(fù)荷高峰時(shí)會(huì)先滿載，阻抗電壓值偏大的變壓器負(fù)荷輕，整體變壓器容量利用率低。而對(duì)于不等容量變壓器并列，有容量比一般不宜超過(guò)3倍的要求。因?yàn)樽儔浩鞯淖杩闺妷褐凳请S著容量增加而增大的，容量比超過(guò)3倍時(shí)，并列變壓器的阻抗電壓值偏差會(huì)出現(xiàn)大于10%的可能性。

甲乙兩站的變壓器容量比雖然略大于3，但阻抗電壓值偏差小于10%，符合規(guī)程的并列運(yùn)行條件。即使阻抗電壓值偏差略大于10%，當(dāng)不產(chǎn)生環(huán)流和不使任一臺(tái)變壓器重載時(shí)，在負(fù)荷高峰期間并列運(yùn)行也可短期內(nèi)滿足負(fù)荷需要。

根據(jù)式（1）計(jì)算甲乙兩站變壓器并列時(shí)負(fù)荷分配情況，每臺(tái)變壓器的負(fù)荷分配系數(shù)，見表3。

表3 并列運(yùn)行變壓器負(fù)荷分配情況

從計(jì)算結(jié)果看，甲站兩臺(tái)變壓器的阻抗電壓偏差1.03%較小，負(fù)荷分配系數(shù)接近占每臺(tái)變壓器占總?cè)萘勘?，因此?5%負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)變壓器都沒有出現(xiàn)超載情況，而達(dá)到兩臺(tái)變壓器總?cè)萘繒r(shí)，6.3MVA的變壓器出現(xiàn)了超載，20MVA的變壓器接近滿載。乙站兩臺(tái)變壓器的阻抗電壓偏差4.6%較大，6.3MVA的變壓器負(fù)荷分配系數(shù)超過(guò)占總?cè)萘勘让黠@，會(huì)“搶”負(fù)荷的情況；90%負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)變壓器都沒有出現(xiàn)超載情況，而在95%負(fù)荷時(shí)6.3MVA的變壓器出現(xiàn)超載情況，20MVA的變壓器還未滿載；達(dá)到兩臺(tái)變壓器滿容量時(shí)，6.3MVA的變壓器超載7%，20MVA的變壓器接近滿載。

根據(jù)式（2）可計(jì)算出甲站兩臺(tái)變壓器并列進(jìn)最大允許容量為25.89MVA，乙站兩臺(tái)變壓器并列進(jìn)最大允許容量為24.53MVA。為避免變壓器滿載，可按95%負(fù)荷率考慮，則甲站兩臺(tái)變壓器并列進(jìn)95%允許容量為24.6MVA，乙站兩臺(tái)變壓器并列進(jìn)最95%允許容量為23.3MVA。

表4 允許容量變壓器負(fù)荷分配情況

綜合上述計(jì)算情況，甲變電站和乙變電站的變壓器并列運(yùn)行是理論上可行的。為進(jìn)一步驗(yàn)證可行性，需要開展并列運(yùn)行測(cè)試。

3 并列運(yùn)行測(cè)試

甲變電站和乙變電站變壓器并列運(yùn)行測(cè)試，分別選擇負(fù)荷較重時(shí)進(jìn)行，并列情況下測(cè)試應(yīng)不小于1h。

3.1 測(cè)試注意事項(xiàng)

在進(jìn)行變壓器并列運(yùn)行前和測(cè)試過(guò)程中，需要注意以下事項(xiàng)：

1）兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行且運(yùn)行正常，負(fù)荷滿足測(cè)試要求，無(wú)影響運(yùn)行的缺陷。

2）變壓器保護(hù)配置正確，兩側(cè)開關(guān)能可靠動(dòng)作，遙控分合正常。

3）調(diào)整兩臺(tái)變壓器檔位，使兩臺(tái)變壓器低壓側(cè)電壓一致；并列運(yùn)行期間，應(yīng)防止變壓器自動(dòng)調(diào)檔造成電壓差形成環(huán)流，應(yīng)臨時(shí)封鎖電壓無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)（VQC）調(diào)檔。

4）因負(fù)荷變化需要調(diào)整電壓的，在負(fù)荷允許的條件下，先分列運(yùn)行再調(diào)檔，調(diào)檔結(jié)束后再并列運(yùn)行。負(fù)荷不滿足條件時(shí)，升檔時(shí)應(yīng)先升20MVA的變壓器，每次升壓不超過(guò)1檔，然后迅速升6.3MVA的變壓器檔位。降檔時(shí)應(yīng)先降6.3MVA的變壓器，每次降壓不超過(guò)1檔，然后迅速降20MVA的變壓器檔位。

3.2 測(cè)試步驟

2016年4月份，安排運(yùn)行人員在甲乙兩座變電站對(duì)變壓器并列運(yùn)行進(jìn)行了測(cè)試，調(diào)度員在調(diào)度臺(tái)同步記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。具體測(cè)試步驟如下：

1）測(cè)試前10min內(nèi)，運(yùn)行人員對(duì)變壓器進(jìn)行紅外測(cè)溫并記錄。

2）合10kV母聯(lián)開關(guān)，在變電站的運(yùn)行人員注意觀察變壓器有無(wú)響聲等異常現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常立即匯報(bào)調(diào)度拉開母聯(lián)開關(guān)；調(diào)度員注意觀察兩臺(tái)變壓器兩側(cè)及35kV進(jìn)線的電流和功率情況，分析進(jìn)線潮流與變壓器低壓側(cè)潮流是否平衡，當(dāng)電流差值超過(guò)20%時(shí)應(yīng)拉開母聯(lián)開關(guān)。

3）并列運(yùn)行期間，每隔10min調(diào)度員和運(yùn)行人員分別記錄兩臺(tái)變壓器兩側(cè)及35kV進(jìn)線的電流和功率。運(yùn)行人員每20min對(duì)變壓器進(jìn)行紅外測(cè)溫并記錄。

4）并列運(yùn)行1h后，結(jié)束測(cè)試，恢復(fù)正常運(yùn)行方式。

3.3 測(cè)試數(shù)據(jù)及分析

變電站兩臺(tái)變壓器電氣接線如圖1所示。其中甲變電站T1變壓器為20MVA，T2變壓器為6.3MVA；乙變電站T1變壓器為6.3MVA，T2變壓器為20MVA。

變壓器并列運(yùn)行前后的視在電流、有功功率及溫度測(cè)試數(shù)據(jù)分別見表5、表6、表7。

表5 并列運(yùn)行前后測(cè)試電流數(shù)據(jù)

表6 并列運(yùn)行前后有功功率數(shù)據(jù)

表7 并列運(yùn)行前后變壓器溫度

流經(jīng)兩臺(tái)變壓器高壓側(cè)的電流是負(fù)荷電流和循環(huán)電流的疊加，但二者方向不一致，當(dāng)負(fù)荷較輕時(shí)，循環(huán)電流占主要部分，可近似認(rèn)為負(fù)荷電流的方向與環(huán)流方向一致。流過(guò)1號(hào)變壓器的負(fù)荷電流為1fh，循環(huán)電流為C，流過(guò)變壓器1DL可用下列式表示[6-7]：

根據(jù)上式可分別計(jì)算出高低壓側(cè)的循環(huán)電流，其中甲變電站兩臺(tái)變壓器并列后的35kV側(cè)的循環(huán)電流為0.78A，10 kV側(cè)的循環(huán)電流為0.63A；乙變電站兩臺(tái)變壓器并列后的35kV側(cè)的循環(huán)電流為0.15A，10kV側(cè)的循環(huán)電流為0.72A。循環(huán)電流的數(shù)值不到1A，可能是電流互感器或測(cè)量設(shè)備的誤差，可以近似忽略不計(jì)。與前面的理論分析相符，即并列運(yùn)行的變壓器接線組別和電壓一致時(shí)不會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流。

阻抗電壓偏差影響負(fù)荷按容量分配，甲乙變電站各自兩臺(tái)變壓器阻抗電壓有一定偏差且容量比超出3倍，其實(shí)測(cè)負(fù)荷分配系數(shù)見表8。

表8 變壓器實(shí)測(cè)負(fù)荷分配系數(shù)

變壓器負(fù)荷分配系數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果最大相差2‰，即20MAV負(fù)荷的分配誤差在40VA以內(nèi)，小于變壓器的空載損耗。在并列運(yùn)行后進(jìn)行變壓器同步測(cè)溫工作，溫度變化與正常承載負(fù)荷時(shí)一致，印證了并列運(yùn)行時(shí)沒有產(chǎn)生循環(huán)電流的結(jié)論。因此甲變電站在25.89MVA負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)變壓器可并列運(yùn)行，乙變電站在24.53MVA負(fù)荷時(shí)兩臺(tái)變壓器可并列運(yùn)行。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)變壓器并列運(yùn)行條件分析，以變壓器不產(chǎn)生循環(huán)電流和不過(guò)載為前提，對(duì)容量比超3倍的兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行進(jìn)行了計(jì)算和負(fù)荷實(shí)測(cè)。分析和實(shí)測(cè)結(jié)果表明，容量比超3倍的兩臺(tái)變壓器在滿足接線組別、電壓和阻抗電壓偏差的條件下是可以并列運(yùn)行的。2016年6—8月份迎峰度夏期間，對(duì)甲乙兩座變電站容的量比超3倍變壓器進(jìn)行了實(shí)際并列，運(yùn)行穩(wěn)定，滿足負(fù)荷需求。因此，在阻抗電壓偏差小于10%的情況下，理論和實(shí)踐表明容量比超過(guò)3倍的變壓器可并列運(yùn)行。

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Analysis and Experiment on Parallel Operation of Transformer with Capacity Over 3 Times

Wu Yonjie Li Feng Liu Jiange

(Jiangsu Lianshui Power Supply Company, Huaian, Jiangsu223400)

This paper analysis of two transformer wiring group, the ratio is not the parallel operation of circulating current, impedance voltage and load distribution of parallel operation. According to the parameters of the 35kV transformer of 20MVA and 6.3MVA in two substations, the impedance voltage deviation and the load distribution in parallel operation are calculated. Through field test verified the transformer capacity of more than 3 times, in the same ratio, meet the wiring group and impedance voltage deviation under the condition of parallel operation.

transformer; capacity ratio; circulating current; parallel operation

吳永杰（1981-），男，江蘇淮安人，本科，高級(jí)工程師，從事電力工程管理工作。