變壓器的并聯運行分析

劉元生

（四川省電力公司攀枝花電業局，四川 攀枝花 617067）

1 概述

變壓器的并列運行，也即是將兩臺或多臺變壓器一次側繞組同時接在某一電壓等級的共母線上，變壓器的各二次繞組也均同時于另一電壓等級公共母線相接，以此來實現共同向負載供電。其意義是：當其中一臺變壓器出現故障時，與其并列運行的變壓器仍可繼續運行，以此來確保重要用戶的正常不間斷用電，大大提高了供電的可靠性。其運行可參照圖-1所示

圖-1 變壓器并列運行圖

另外由于用電負荷的季節性較強，在一些用電負荷較低的季節可退出部分變壓器的運行，減少變壓器空載所帶來的損耗，提高變壓器運行效率，同時可減少無功能磁電流，改善電網功率因數，以此來提高系統經濟可行性。

2 變壓器的并聯運行條件

變壓器并列運行有一定基礎條件要求，并非所有變壓器都可實現并列運行，要想是吸納變壓器并聯首先應符合以下條件要求：

2.1 變壓器的變比相同。變比相差太大，其產生環流也就較大，很容易造成變壓器容量無法合理利用，因此變壓器變比相差應控制在±0.5%以內。

2.2 各并聯變壓器的連接組別應相同。

2.3 各并聯變壓器的短路阻抗標幺值應相等，短路阻抗角應相等。實際并聯過程中，要求各臺變壓器的電流和額定電流間相差應在（ 10%）之內。

除此之外，變壓器并列運行中其容量比應控制在3:1之內。條件2.1和2.2的同時滿足確保了變壓器空載運行過程中不會有環流，條件2.3則確保了負載分配與容量可以成正比。

3 變壓器并聯條件的分析

3.1 變比不等時的變壓器并聯運行

變比不同時，多臺變壓器間就會產生回流，進而增加變壓器的附加損耗和變壓器的出力。變比不等也即是變壓器連接組別相同、阻抗電壓標幺值相同，但其變比不等，也即是。當變比不等時，兩臺變壓器空載運行時，會產生環流，可參見圖-2。

圖-2

環流的大小為：

式中UIN、UIIN分別為兩臺變的副邊額定電壓。

ZKI、ZKII分別為兩臺變折算到副邊的短路阻抗。

根據磁勢平衡關系，此時，原邊不僅僅有空載電流，還會增加一個與副邊還流相平衡的原邊環流。由于短路阻抗很小，即使電壓差很小，也能產生較大的環流。進而影響變壓器容量的合理利用，增加變壓器附加損耗，因此并聯變壓器變比相差應控制在±0.5%之內。

例有兩臺變壓器并列運行，連接組別均為Y，d11，其額定容量SI＝5600KVA，變比KI＝6.0/3.05KV；SII＝3200KVA，變比 KII＝ 6.0/3.0KV， ZKI*＝ZKII*＝0.55。根據參數得I2NI＝612（A），I2NII＝ 355.6（A），副邊的環流I2C＝67.7（A）。環流占額定電流的百分比為：第一臺11.1%，第二臺19%。

由上例不難看出，由于變比的不同，并聯變壓器所產生的環流占小容量變壓器額定電流的19%。顯然變壓器空載時出現如此大的環流，是不科學，也不允許的。它占用了變壓器的容量，使得變壓器的損耗增加，導致變壓器總容量不能充分利用，使得變壓器的運行不夠經濟。負載時每臺變壓器的實際電流，分別為各自負載電流和環流的合成。由于變比不同而引起環流的存在，使得變比大的變壓器因電流過小，很容易出現欠載問題，反之變比小的變壓器電流過小，很容易出現過載問題。限制了變壓器的輸出功率，使總容量得不到充分的利用。

3.2 連接組別不同時變壓器的并聯運行

變壓器并聯運行中阻抗和變比均相同，而連接組別不一致時，其運行過程中會出現環流問題。例如兩臺變壓器分別為Y，y12和Y，d11的連接組。兩臺變壓器原邊接在同一母線上，由此一次線電壓相位相同，參照圖-3 所示，二次側向對應的線電壓的相位差則有30°

圖-3

因變壓器二次線電壓相同，由此不難得到變壓器二次回路電壓差為：

ΔU＝U1ab－U2ab＝2U2absin30°/2＝0.52U2ab。以此不難看出，在ΔU的作用下，雖然變壓器并列運行的二次側繞組內沒有接負載，但其在回路中同樣可以出現高出額定電流幾倍的環流，甚至燒壞變壓器。因此，即便阻抗和變比均相同，但只要連接組別不同，變壓器就不能進行并聯運行。

3.3 阻抗電壓標幺值不等時變壓器并聯運行

3.3.1 阻抗電壓標幺值不等時變壓器的并聯運行

變比及變壓器連接組別均相同，而阻抗變壓標幺值不等時，并聯運行變壓器二次回路不會出現環流，但卻會影響變壓器之間負載的正常分配。變壓器并聯運行中負載分配與阻抗電壓標幺值成反比，即變壓器的阻抗電壓標幺值小則其負載分配值越大，如果變壓器的容量較小，則將預先達到滿載，而并聯運行中的另一臺變壓器則不能很好的被充分利用。可參照圖-4所示：

圖-4

由圖可以得出：

由于兩臺變壓器的額定電壓相等，

既 UNI＝UNII

將式（1）與式（2）相比得：

式中 II* 、III*分別為兩臺變壓器負載電流的標幺值；

ZKI* 、ZKII*分別為兩臺變壓器短路阻抗的標幺值；

式（3）可清楚的看出負載電流標幺值和阻抗電壓的標幺值成反比。且變壓器并聯運行中阻抗電壓標幺值不等，將直接影響負載的正常分配，進而無法實現滿載的目的。

以兩臺并列運行的變壓器為例，其連接組別標號和電壓比均相 同，SNI=1000KVA,UKI=5.5%；SNII=1600KVA,UKII=6.5%。由以上參數計算可得：第一臺變壓器所分擔的容量SI=1104(KVA)，第二臺分擔的容量SII=1496(KVA)。可以看出第一臺變壓器過載10.4%，第二臺變壓器欠載6.5%。

由此不難得出，若變壓器并聯運行中短路電壓不相等，其中短路電壓數值小的變壓器出現過載時，就會引發短路變壓數值大的變壓器出現欠載的問題。為實現負載的合理分配，向負載提供最大輸出功率的運行情況只能是：阻抗電壓標幺值小的那臺變壓器滿載運行而其他變壓器都欠載運行。這樣變壓器的容量得不到充分利用，是不經濟的。

3.3.2 阻抗電壓標幺值相等而短路阻抗角不等的并聯運行

圖-5

由以上分析可以得知，變壓器的并列運行必須滿足下面一個條件：首先，變壓器的變比應相同；其次，各并聯變壓器的連接組別應相同。最后，各并聯變壓器的短路阻抗標幺值應相等，短路阻抗角應相等。

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