容量比超3倍變壓器的并列運行分析與試驗

吳永杰　李 峰　劉建戈

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容量比超3倍變壓器的并列運行分析與試驗

吳永杰李 峰劉建戈

（江蘇省漣水縣供電公司，江蘇淮安 223400）

本文分析兩臺變壓器接線組別、變比不同時并列運行產生的循環電流，阻抗電壓不同時并列運行的負荷分配。根據兩變電站的20MVA與6.3MVA的35kV變壓器的參數，計算阻抗電壓偏差和并列運行時的負荷分配情況。通過現場實測驗證了容量比超過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行。

變壓器；容量比；循環電流；并列

在變電站中進行單臺變壓器增容改造時，使原先容量相等或相近的變壓器會變成一大一小的情況，當容量比超過3倍時會給運行方式調整和負荷釋放帶來困難。由于存在變壓器容量比超過3倍不能并列運行的要求[1]，當負荷超過大容量變壓器時，大容量變壓器單獨運行時超載，分列運行時小容量變壓器超載；需要兩臺變壓器并列運行。電網調度部門堅持容量比超3倍的變壓器不能并列運行，致使兩臺變壓器最大供電能力僅等于大容量的變壓器，高負荷期間不是變壓器重載就是限負荷。因此，容量比超過3倍的變壓器如果能并列運行，就可充分釋放變壓器容量提高利用率，緩解供電瓶頸。

1 變壓器并列運行條件分析

1.1 變壓器并列運行條件

變壓器并列運可滿足負荷需求和降低損耗，但并列運行需要符合一定條件。并列運行最佳方式是在同規格同容量變壓器情況下，空載時二次側沒有循環電流，按變壓器容量大小比例分配負荷，且負荷電流同相位。《電力變壓器運行規程》中對變壓器并列運行規定了3個條件[2]：

1）接線組別號相同。

2）變壓器變比應相等，差值不得超過±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定，同樣電力行業的變壓器運行規程以及調度規程中，關于變壓器并列運行都沒有涉及容量比問題[3]。因此容量比超過3倍變壓器的不能并列運行的說法，需要分析和驗證。

1.2 組別及變比不同時變壓器并列運行分析

接線組別不一致的變壓器并列運行時，會在變壓器之間產生循環電流。以兩臺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，并列運行時變壓器回路會出現2.6～5倍額定電流的循環電流。在相位差180°時電壓差可達2倍額定電壓，產生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行。

當并列運行變壓器的變比不等時，變壓器二次側也會產生電壓差，因而產生循環電流。當相差一個檔位時電壓差為2.5%，循環電流可達額定電流的12.5%～25%；相差2個檔位電壓差為5%時，循環電流可達額定電流的25%～50%。當不同容量變壓器并列運行時，變比產生循環電流對小容量變壓器影響更大。循環電流不僅增加了變壓器的損耗和發熱量，而且還會造成變壓器故障[4]。

1.3 阻抗電壓不同時變壓器并列運行分析

接線組別相同和變比相等的變壓器并列運行時，如果阻抗電壓不同，就會直接影響到變壓器間負荷的分配。兩臺阻抗電壓不同的變壓器并列運行，第臺變壓器負荷分配系數D的計算表達式為

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

由式（1）可知，變壓器的負荷分配系數與變壓器容量和阻抗電壓有關，各臺變壓器分配負荷系數之和應為1。當變壓器容量相同阻抗電壓不同時，負荷分配系數成反比，阻抗電壓小的變壓器承擔負荷多。因此，只有兩臺變壓器的容量與阻抗電壓比值相等時，變壓器所承擔負荷才能按其容量比例 分配。

兩臺變壓器并列運行，所承擔負荷容量取決于先達到滿載的變壓器，其最大允許容量[5]（能承擔的總負荷）fi為

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

規程要求兩臺變壓器并列運行時，阻抗電壓偏差小于10%。根據式（2）可計算出同容量情況阻抗電壓偏差為10%時，兩臺變壓器并列運行時最大允許容量為總容量的95%；阻抗電壓偏差為20%時，最大允許容量為總容量的91.5%。容量比為2的兩臺變壓器并列運行時，阻抗電壓偏差10%，最大允許容量為總容量的94%；阻抗電壓偏差20%時，最大允許容量為總容量的83.3%。因此，兩臺并列運行變壓器阻抗電壓偏差為10%以內時，可充分釋放容量，隨著阻抗電壓偏差的增加對總容量的利用率越低，也就失去并列運行的意義。

2 容量比超3倍變壓器并列運行分析

當兩臺變壓器的容量比超過3倍時，能否并列運行？理論上只要兩臺變壓器的阻抗電壓偏差小于10%，無論容量比是否超過3倍，并列運行時沒有循環電流、負荷電流同相位且按容量比例分配都是可以并列運行的。下面以兩座變電站變壓器容量比超3倍的情況為例進行分析計算。

2.1 變壓器參數

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

表1 容量比超3倍的變壓器參數

根據相關公式計算阻抗電壓偏差值、阻抗值和阻抗電壓標幺值，結果見表2。

表2 變壓器阻抗參數計算

從計算結果看，35kV甲變電站兩臺變壓器的阻抗電壓偏差值為1.03%，乙變電站兩臺變壓器的阻抗電壓偏差值為4.6%，符合規程要求阻抗電壓小于10%的變壓器并列運行條件。

2.2 并列分析

變壓器并列運行時，阻抗電壓值偏小的變壓器會“搶”負荷，負荷高峰時會先滿載，阻抗電壓值偏大的變壓器負荷輕，整體變壓器容量利用率低。而對于不等容量變壓器并列，有容量比一般不宜超過3倍的要求。因為變壓器的阻抗電壓值是隨著容量增加而增大的，容量比超過3倍時，并列變壓器的阻抗電壓值偏差會出現大于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%，符合規程的并列運行條件。即使阻抗電壓值偏差略大于10%，當不產生環流和不使任一臺變壓器重載時，在負荷高峰期間并列運行也可短期內滿足負荷需要。

根據式（1）計算甲乙兩站變壓器并列時負荷分配情況，每臺變壓器的負荷分配系數，見表3。

表3 并列運行變壓器負荷分配情況

從計算結果看，甲站兩臺變壓器的阻抗電壓偏差1.03%較小，負荷分配系數接近占每臺變壓器占總容量比，因此在95%負荷時兩臺變壓器都沒有出現超載情況，而達到兩臺變壓器總容量時，6.3MVA的變壓器出現了超載，20MVA的變壓器接近滿載。乙站兩臺變壓器的阻抗電壓偏差4.6%較大，6.3MVA的變壓器負荷分配系數超過占總容量比明顯，會“搶”負荷的情況；90%負荷時兩臺變壓器都沒有出現超載情況，而在95%負荷時6.3MVA的變壓器出現超載情況，20MVA的變壓器還未滿載；達到兩臺變壓器滿容量時，6.3MVA的變壓器超載7%，20MVA的變壓器接近滿載。

根據式（2）可計算出甲站兩臺變壓器并列進最大允許容量為25.89MVA，乙站兩臺變壓器并列進最大允許容量為24.53MVA。為避免變壓器滿載，可按95%負荷率考慮，則甲站兩臺變壓器并列進95%允許容量為24.6MVA，乙站兩臺變壓器并列進最95%允許容量為23.3MVA。

表4 允許容量變壓器負荷分配情況

綜合上述計算情況，甲變電站和乙變電站的變壓器并列運行是理論上可行的。為進一步驗證可行性，需要開展并列運行測試。

3 并列運行測試

甲變電站和乙變電站變壓器并列運行測試，分別選擇負荷較重時進行，并列情況下測試應不小于1h。

3.1 測試注意事項

在進行變壓器并列運行前和測試過程中，需要注意以下事項：

1）兩臺變壓器分列運行且運行正常，負荷滿足測試要求，無影響運行的缺陷。

2）變壓器保護配置正確，兩側開關能可靠動作，遙控分合正常。

3）調整兩臺變壓器檔位，使兩臺變壓器低壓側電壓一致；并列運行期間，應防止變壓器自動調檔造成電壓差形成環流，應臨時封鎖電壓無功優化系統（VQC）調檔。

4）因負荷變化需要調整電壓的，在負荷允許的條件下，先分列運行再調檔，調檔結束后再并列運行。負荷不滿足條件時，升檔時應先升20MVA的變壓器，每次升壓不超過1檔，然后迅速升6.3MVA的變壓器檔位。降檔時應先降6.3MVA的變壓器，每次降壓不超過1檔，然后迅速降20MVA的變壓器檔位。

3.2 測試步驟

2016年4月份，安排運行人員在甲乙兩座變電站對變壓器并列運行進行了測試，調度員在調度臺同步記錄相關數據。具體測試步驟如下：

1）測試前10min內，運行人員對變壓器進行紅外測溫并記錄。

2）合10kV母聯開關，在變電站的運行人員注意觀察變壓器有無響聲等異常現象，發現異常立即匯報調度拉開母聯開關；調度員注意觀察兩臺變壓器兩側及35kV進線的電流和功率情況，分析進線潮流與變壓器低壓側潮流是否平衡，當電流差值超過20%時應拉開母聯開關。

3）并列運行期間，每隔10min調度員和運行人員分別記錄兩臺變壓器兩側及35kV進線的電流和功率。運行人員每20min對變壓器進行紅外測溫并記錄。

4）并列運行1h后，結束測試，恢復正常運行方式。

3.3 測試數據及分析

變電站兩臺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。

變壓器并列運行前后的視在電流、有功功率及溫度測試數據分別見表5、表6、表7。

表5 并列運行前后測試電流數據

表6 并列運行前后有功功率數據

表7 并列運行前后變壓器溫度

流經兩臺變壓器高壓側的電流是負荷電流和循環電流的疊加，但二者方向不一致，當負荷較輕時，循環電流占主要部分，可近似認為負荷電流的方向與環流方向一致。流過1號變壓器的負荷電流為1fh，循環電流為C，流過變壓器1DL可用下列式表示[6-7]：

根據上式可分別計算出高低壓側的循環電流，其中甲變電站兩臺變壓器并列后的35kV側的循環電流為0.78A，10 kV側的循環電流為0.63A；乙變電站兩臺變壓器并列后的35kV側的循環電流為0.15A，10kV側的循環電流為0.72A。循環電流的數值不到1A，可能是電流互感器或測量設備的誤差，可以近似忽略不計。與前面的理論分析相符，即并列運行的變壓器接線組別和電壓一致時不會產生循環電流。

阻抗電壓偏差影響負荷按容量分配，甲乙變電站各自兩臺變壓器阻抗電壓有一定偏差且容量比超出3倍，其實測負荷分配系數見表8。

表8 變壓器實測負荷分配系數

變壓器負荷分配系數實測結果與理論計算結果最大相差2‰，即20MAV負荷的分配誤差在40VA以內，小于變壓器的空載損耗。在并列運行后進行變壓器同步測溫工作，溫度變化與正常承載負荷時一致，印證了并列運行時沒有產生循環電流的結論。因此甲變電站在25.89MVA負荷時兩臺變壓器可并列運行，乙變電站在24.53MVA負荷時兩臺變壓器可并列運行。

4 結論

通過對變壓器并列運行條件分析，以變壓器不產生循環電流和不過載為前提，對容量比超3倍的兩臺變壓器并列運行進行了計算和負荷實測。分析和實測結果表明，容量比超3倍的兩臺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行的。2016年6—8月份迎峰度夏期間，對甲乙兩座變電站容的量比超3倍變壓器進行了實際并列，運行穩定，滿足負荷需求。因此，在阻抗電壓偏差小于10%的情況下，理論和實踐表明容量比超過3倍的變壓器可并列運行。

[1] 胡景生. 電力變壓器經濟運行[M]. 北京: 中國電力出版社, 1999.

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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，高級工程師，從事電力工程管理工作。