變壓器的并列運(yùn)行分析

變壓器的并列運(yùn)行分析 引言

　　在發(fā)電廠和變電所中，變壓器是重要電氣設(shè)備，為了提高供電的可靠性和靈活性，減少能量損耗，保證經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，通常將二臺或數(shù)臺變壓器一次側(cè)以及二次側(cè)同極性的端子之間通過同一母線分別互相連接的方式來運(yùn)行。其意義是：當(dāng)一臺變壓器發(fā)生故障時(shí)，并列運(yùn)行的其它變壓器仍可以繼續(xù)運(yùn)行，以保證重要用戶的用電;或當(dāng)變壓器需要檢修時(shí)可以先并聯(lián)上備用變壓器，再將要檢修的變壓器停電檢修，既能保證變壓器的計(jì)劃檢修，又能保證不間斷供電，提高供電的可靠性。又由于用電負(fù)荷季節(jié)性很強(qiáng)，在負(fù)荷輕的季節(jié)可以將部分變壓器退出運(yùn)行，這樣既可以減少變壓器的空載損耗，提率，又可以減少無功勵磁電流，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。但是，變壓器并列運(yùn)行應(yīng)同時(shí)滿足下列條件：①變壓器變比相同（允許有±0.5%的差值）;②變壓器的短路電壓相等（允許有±10%的差值）;③變壓器的接線組別相同。除滿足以上三個條件外，對于并列運(yùn)行變壓器容量比一般不超過3:1。


　　2 變壓器并列運(yùn)行條件分析（下面結(jié)合某一變電站進(jìn)行分析）


　　2.1 某一變電站兩臺變壓器技術(shù)參數(shù)及電氣主接線：

　　變壓器的技術(shù)數(shù)據(jù)

　　變壓器分接開關(guān)各檔位對應(yīng)表

　　2.2 不滿足變壓器并列運(yùn)行條件分析

　　2.2.1 變壓比不同時(shí)的變壓器并列運(yùn)行分析 當(dāng)并列運(yùn)行變壓器的接線組別相同、短路電壓相等，而變比不等時(shí)，那么并列運(yùn)行變壓器的二次電壓不等。當(dāng)兩臺變壓器空載時(shí)，二次回路就會有電壓差，因此而產(chǎn)生環(huán)流Ic。變比相差越大，產(chǎn)生環(huán)流也越大，影響變壓器容量的合理利用，所以并列變壓器變比相差必須限制在0.5%之內(nèi)。


　　式中:ZdL1、ZdL2分別為兩臺變壓器的短路阻抗;


　　Ue1、Ue2分別為兩臺變壓器的二次額定電壓;
　　若兩臺變壓器中第二臺的容量大，即Ie2>Ie1

　　式中UdL1、UdL2分別為兩臺變壓器的短路電壓

　　以上述變電站為例：設(shè)1#主變檔位為I檔，2#主變檔位為I檔：

　　由于S1=S2=6300KVA則

　　因此上述變電所兩臺主變變比不等時(shí)，產(chǎn)生環(huán)流

　　以上計(jì)算可知，上述兩臺變壓器變比不等相差2.5%時(shí)，產(chǎn)生環(huán)流可達(dá)額定電流的17.8%。由于環(huán)流在變壓器空載時(shí)便存在，它占據(jù)了變壓器的容量，增大了變壓器損耗，不能使所有并列運(yùn)行的變壓器都帶上額定負(fù)荷，結(jié)果使變壓器的總?cè)萘坎荒艹浞掷谩?br />
　　2.2.2 短路電壓不等時(shí)變壓器并列運(yùn)行分析 當(dāng)并列運(yùn)行中的變壓器接線組別和變比都相同，而短路電壓不等時(shí)，變壓器二次回路不會產(chǎn)生環(huán)流，但會影響兩臺變壓器的負(fù)荷分配。

　　從兩臺并列運(yùn)行變壓器簡化等值電路圖可以看出：

　　I1ZdL1=I2ZdL2即負(fù)載電流與短路阻抗ZdL成反正

　　由于Ue1=Ue2 則Ie1Ze1=Ie2Ze2
　　式中I*1、I*2兩臺變壓器的負(fù)荷電流相對值;

　　Z*dl1、Z*dL2兩臺變壓器的短路阻抗相對值，數(shù)值與短路電壓相等。

　　從上式說明，負(fù)載電流的相對值與短路電壓成反比，由于短路電壓不等，所以負(fù)載電流相對值不等，并且說明短路電壓不等的變壓器并列運(yùn)行，不能同時(shí)達(dá)到滿載。

　　如上述某變電站，1#主變UdL1=7.44%，2#主變UDl2=7.81%，

　　則兩臺變壓器短路電壓不等，根據(jù)I*1Z*dl1=I*2Z*dL2代入有關(guān)數(shù)據(jù)

　　由此可見，當(dāng)短路電壓數(shù)值大的變壓器滿載時(shí)，短路電壓數(shù)值小的變壓器會過載。為使負(fù)荷合理分配，在兩臺變壓器短路電壓相差不超過±10%的情況下，可選擇容量大的變壓器短路電壓小些，一般要求并列變壓器容量比不宜超過3:1，也就是限制了變壓器的短路電壓相差值不至過大。

　　2.2.3 接線組別不同時(shí)變壓器并列運(yùn)行分析 當(dāng)并列運(yùn)行變壓器的變比和短路電壓相同，而接線組別不同時(shí)，變壓器并列運(yùn)行的回路中會產(chǎn)生環(huán)流。繞組接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，同名相電壓間的位移角φ等于連接組號N之差乘以30°

　　則φ=（N1-N2）30°

　　如果并列運(yùn)行變壓器容量相同，短路電壓相等，而只有接線組別不同，則產(chǎn)生環(huán)流

　　例：當(dāng)30°時(shí)短路電壓為UdL=7.44%時(shí)

　　只有在故障情況下，才允許短時(shí)通過這樣大的電流，由此可見，在作用下，并列運(yùn)行變壓器的二次繞組內(nèi)雖然沒有接負(fù)載，但在回路中也會出現(xiàn)幾倍于額定電流的環(huán)流，這個環(huán)流會燒壞變壓器。因此接線組別不同的變壓器不能并列運(yùn)行。

　　根據(jù)變壓器并列運(yùn)行條件，上述變電站兩臺主變符合三個條件可并列運(yùn)行:①變壓器的接線組別相同，均為Ynd11;②變壓器變比相同（通過有載調(diào)壓實(shí)現(xiàn)）;③變壓器的短路電壓相等（相差+4.7%<+10%），且容量相等。 

　　3 n臺變壓器并、解列運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)點(diǎn)計(jì)算

　　運(yùn)行中的變壓器損失可分成鐵損和銅損。一般說來，鐵損基本不變，但銅損隨著負(fù)荷電流的平方而變化。因此，在一定負(fù)荷下，多并列運(yùn)行一臺變壓器的總鐵損增加而銅損將減少。變壓器并、解列的經(jīng)濟(jì)點(diǎn)按下列公式計(jì)算:

　　3.1 在n臺變壓器容量、型式（型號）一樣（相同）時(shí);

　　3.1.1 當(dāng)總負(fù)荷增加時(shí)，滿足下式則應(yīng)增加一臺，即：

　　S>Sn


　　3.1.2 當(dāng)總負(fù)荷下降時(shí)，滿足下式則應(yīng)解列一臺，即：


　　QO=I0%Sn×1/100 Qk=Vk%Sn×1/100

　　式中S——變壓器的總?cè)萘浚╧VA）

　　Sn——每臺變壓器的額定容量（kVA）

　　N——運(yùn)行中的變壓器臺數(shù)

　　PO——空載有功損失（kW）

　　QO——空載無功損失（kvar）

　　IO%——空載電流

　　PK——短路有功損失（kW）

　　QK——短路無功損失（kvar）

　　VK%——百分阻抗

　　K——無功電力經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（一般在系統(tǒng)Z大負(fù)荷時(shí)取0.1，在Z小負(fù)荷時(shí)取0.06）

　　現(xiàn)以上述某變電站兩臺變壓器為例，計(jì)算其并、解列運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。從變壓器技術(shù)參數(shù)可知:

　　PO1=PO2=7.01 kW PK1=PK238.37kW

　　IO1%=IO2%=0.24

　　VK1%=7.44 VK2%=7.81

　　也即當(dāng)變電站10KV總負(fù)荷大于2817KVA時(shí)，應(yīng)增投一臺變壓器，即兩臺變壓器并列運(yùn)行，10KV總負(fù)荷小于2817KVA時(shí)，由單臺變壓器運(yùn)行，從而達(dá)到變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。


　　4 變壓器并列運(yùn)行應(yīng)注意的事項(xiàng)

　　①變壓器運(yùn)行前必須進(jìn)行極性、接線組別及變比的測量試驗(yàn)以確保變壓器安全并列運(yùn)行。②變壓器在安裝后以及在進(jìn)行過有可能使相位變動的工作后（如裝拆進(jìn)出線）必須經(jīng)過核相后才允許并列運(yùn)行。③并列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)合理選擇并、解列點(diǎn)。④變壓器并列運(yùn)行前，必須根據(jù)各變壓器檔位的電壓比，確定并列運(yùn)行的變壓器變比相等時(shí)所對應(yīng)的檔位，并進(jìn)行相應(yīng)的檔位調(diào)整。⑤當(dāng)并列運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)是經(jīng)消弧線圈接地的，須進(jìn)行消弧線圈由接一臺主變運(yùn)行切換到另一主變運(yùn)行倒閘操作時(shí)，應(yīng)遵循先停后送的原則，嚴(yán)禁將消弧線圈同時(shí)接入兩臺變壓器的中性點(diǎn)上。⑥并列運(yùn)行中的變壓器，當(dāng)其中一臺因保護(hù)動作跳閘時(shí)，應(yīng)迅速調(diào)整負(fù)荷，以確保繼續(xù)運(yùn)行的變壓器安全運(yùn)行。


　　參考文獻(xiàn):

　　[1]諸駿偉.電力系統(tǒng)分析.中國電力出版社.1995.

　　[2]楊定輝.發(fā)電廠變電所電氣設(shè)備.水利電力出版社.1979.

　　[3]范錫普.發(fā)電廠電氣部分.中國電力出版社.1995.

　　[4]韋鋼.電力系統(tǒng)基礎(chǔ).中國電力出版社.1999.

　　[5]楊偉箭.電機(jī)學(xué).水利電力出版社.1984.

　　[6]王新學(xué).電力網(wǎng)及電力系統(tǒng).水利電力出版社.1985.