淺議變壓器并列運行的條件

摘要：在電網系統中，變壓器是主要電氣設備之一。變壓器并列運行是迄今為止電網運行中最為經濟可靠且易實施的節電措施，固在運行中通常將兩臺或以上變壓器并列運行。當其中一臺變壓器發生故障或需要檢修過程中，可確保另一臺變壓器正常供電，大大改善了電網系統的可靠性。在季節性用電階段，供電負荷輕的時段大容量變壓器可退出運行，降低變壓器的空載損耗的同時，能夠大大提升供電效率，減少無功勵磁電流，改善電網功率因數，確保電網系統的經濟性。

關鍵詞：變壓器 并列運行 經濟

1 概述

計劃經濟時期的粗放型經濟增長方式使我國的能源供應一度吃緊，電能供應無法適應過量的用電需求。改革開放以來，我國大力倡導能源節約，主張建立集約型社會，產業結構和經濟增長方式逐步向集約型轉變。變壓器的并列運行是這一階段電能實現集約化的一大體現，經過實際運行驗證，該運行方式被社會公認為現階段最經濟可靠、較易實施的節電措施。本文將對變壓器的并列運行條件進行淺議。

與變壓器單獨空載運行情況一樣，當變壓器并列而未帶負荷時，各變壓器之間只存在空載電流，未形成環流；當變壓器負載運行時，各變壓器之間可以根據自身容量將負荷等比例分配，保證每臺變壓器都能夠充分發揮容量的功能。因此，為了保證變壓器并列運行達到以上要求，進行并聯的變壓器要符合以下標準：①進行并聯的變壓器具備相同的電壓和變比（調壓范圍與每級電壓應相同，變比差不得超過0.5%）。②通過相同的連接組別對進行并聯的變壓器進行處理（連接方式、極性、相序等均必須相同）。③兩臺變壓器的阻抗電壓應相等（最多不超過4-10%）。④兩臺變壓器的容量之比不宜過大（最多不超過3：1）。

2 變壓器并列運行時產生的弊端

2.1 變壓器并列運行時變比不相同

依據三相變壓器和單相變壓器工作原理的相通性，設計兩臺單相變壓器并列運行：當變壓器T1的變比K1和T2的變比K2不等時，在相同電壓1的作用下，二次空載電壓2和2′也不相等。若K1

2-2′。其并聯繞組內將產生環流ih

ih=△/（ZT1+ZT2）=2-2′/（ZT1+ZT2）

由于變壓器的短路阻抗較小，即使△不大，也會在二次繞組回路中產生較大的循環電流。這個循環電流不僅占據變壓器容量，增加變壓器的損耗，使變壓器所能輸出的容量減小，而且當循環電流可能因為變比相差很大進而影響、破壞變壓器的正常工作，甚至損壞變壓器。所以當并列運行時，變比值不得超過+0.5%。

當變壓器帶上負荷后，T1和T2二次繞組電流分別為

i2T1=iT1+ih i2T2=iT2-ih。

可見，當變比不等時，將影響變壓器容量充分利用，導致變比小的變壓器負荷加重。因此為了保持并列變壓器的正常工作，變比相差控制在+0.5%之內。

2.2 接線組別不同的變壓器并列運行

電力系統中，變壓器有三種常見的連接組別，即Y0d-11、Yd-11、Y0y-12。變壓器的高低側電壓受變壓器的接線組別不同的影響，接線組別不同時，但是變壓器并列的電壓比、阻抗電壓分別相同時，導致兩臺變壓器的二次電壓形成電壓差△U和相角差α，最終產生循環電流ic：

圖1 連接組別不同時變壓器并列運行向量圖

假設并列運行的兩臺變壓器的接線組別不同時，而變比和阻抗電壓分別相同，這時在變壓器的回路中就會產生環流。分別按照Y0y-12和Yd-11組別方式對兩臺變壓器進行接線：在同一母線上對并列的兩臺變壓器進行一次側接，此時相對應同相位的一次線電壓，對于二次側則出現相對應的30°的相位差（如圖1）。由于采用大小相等的二次線電壓對兩臺變壓器進行并列運行，所以變壓器的二次回路合成電壓Δ■=Δ■1ab-Δ2ab，，形成兩個對應線電壓的向量差。通過計算可以求得合成電壓為：ΔU=2U2absin15°=0.52U2ab

其它兩相情況也類似。并列運行過的變壓器在ΔU的作用下雖然二次繞組內盡管沒有接負載，但在回路中卻產生了回流，并且回流較大是額定電流幾倍，由于較高環流的存在，將會出現不能動作跳閘現象，沒有起到過電流保護，進而將導致變壓器繞組溫度過高，甚至燒壞變壓器。綜上所說，進行并列運行的變壓器絕對不能出現接線組別不同的情況。

2.3 并列變壓器運行時阻抗電壓不相同

負荷分配與并列變壓器的阻抗電壓成反比，與額定容量成正比。在并列運行的變壓器阻抗電壓不同時，變壓器并沒有按照正常的比例關系分配負荷，導致電流與阻抗電壓成反比，即II/III=UZKII/UZKI或UZKIIII=UZKIIIII，假設并列運行的變壓器容量分別為SNI，SNII，阻抗電壓分別為UZI、UZII，則并列運行的變壓器對應的負荷根據下列公式計算為：

SI=[（SNI+SNII）/（SNI/UZKI+SNII/UZKII）]*（SNI

/UZKI）

SII=[（SNI+SNII）/（SNI/UZKI+SNII/UZKII）*（SNII/UZKII）

即S△I/SII=（SNI*UZKII）/（SNII*UZKI）

通過對上述理論進行分析可知：當兩臺并列運行的變壓器運行在阻抗電壓不等的環境下時，就會出現阻抗電壓大變壓器所分配的負荷小；反之當并列運行的變壓器滿負荷運行時，而與之并列的另一臺阻抗電壓小的變壓器超負荷運行。為不影響供電效率，應盡量避免變壓器長期超負荷運行。基于此，在欠負荷條件下運行阻抗電壓大的并列變壓器，總的輸出功率受限，能耗量大大增加，變壓器運行的經濟性便無從談起。因此，當變壓器并列運行時，為了防止對變壓器負荷的分配不均，或者因為并列運行變壓器的阻抗電壓相差過大，阻礙變壓器功效的發揮。因此規定并列運行的變壓器的阻抗電壓控制在10%以內。

2.4 變壓器并列運行容量之比過大（超過3：1）

變壓器進行并聯運行時，從理論上來講不受容量差別的影響。但是，變壓器在實際運行過程中，如果變壓器之間的容量差別過大，線路連接阻抗等一些因素會影響變壓器的負荷分配，導致變壓器實際負荷分配比例變化，從并列運行角度考慮，當對大容量變壓器進行維修或因遇事故造成停電時，容量較小的并列運行變壓器的備用作用受到制約。因此并列運行變壓器容量比控制在3：1以內。

通過上述分析可知，第一，在變比不相同條件下并列運行的變壓器會出現環流現象，使變壓器出力受到限制；第二，在百分阻抗不相等時變壓器并列運行，變壓器容量與運行載荷不相符，造成小阻抗的變壓器超負荷運行，大阻抗的變壓器反而欠負荷運行，進而導致變壓器出力發揮與設計要求不符；第三，并列運行的變壓器的容量之比大于3：1，容量各不相同的變壓器，其負荷分配的比例會受到阻抗值的影響，將破壞變壓器正常運行，嚴重者影響電網正常供電。總的來講，當變壓器并列運行時出現變比、百分阻抗不相同的情況，可改變分接頭對變壓器的阻抗值進行調整。對于并列運行的變壓器接線組別不同時，通過各相異名或者始末端對換的方法，轉變為具有相同接線組別的并列變壓器。

參考文獻：

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