2017第六屆新能源發電系統技術創新大會

中國電工技術學會主辦，2017年6月21-24日在河北省張北縣舉辦，大會圍繞新能源發展戰略、系統關鍵技術、微電網及儲能等重要議題展開交流。瀏覽會議詳情和在線報名參會請長按識別二維碼。文章正文開始國電南瑞科技股份有限公司的研究人員李家鋒、田家運、潘成，在2017年第2期《電氣技術》雜志上撰文，以典型110kV變電站兩臺變壓器并聯運行后，出現較大環流為實例，分析環流由主變繞組變比誤差不同引起，正確的配套變壓器可以避免并聯運行產生的環流，也減少附加損耗及其他安全事故，變壓器安全、穩定的運行，同時給變電站變壓器的配套選型及維修工作提供很好的借鑒意義。

1 引言 變壓器并聯運行指兩臺或兩臺以上變壓器的原邊、副邊分別接在各自母線上，通過母聯開關并聯在一起，共同對負載進行供電。并聯運行能夠提高電能供應的可靠性，減少備用容量，還能夠根據負載的大小來調整投入運行的變壓器臺數，以提高運行效率。 當然并列臺數不能太多，因為在單臺機組容量太小時會增加損耗，增加投資和成本，使運行操作復雜化。為消除或減少并聯變壓器回路中所構成的環流，需要并聯的變壓器必須滿足一定的條件。 已投運的變電站在變壓器改造或大修時，需要特別注意檢查變壓器并聯運行條件是否滿足，避免環流的發生。 2 某110kV變電站一次接線圖 該110kV變電站本是常規變電站，需進行數字化改造。整個變電站結構較為簡單，兩條110kV進線，采取內橋接線方式，兩臺三卷變壓器，主變高壓側為節省成本，未安裝斷路器，三個電壓等級分別為110kV、35kV、10kV，35kV母線、10kV母線均采用單母線線分段方式，通過分段開關分、合實現斷開和連通。具體如圖1所示： 圖1  某110kV變電站一次接線簡圖

3 兩臺變壓器并聯后產生環流現象 該站1號變壓器處于投運狀態，即110kV進線131開關、1號主變中壓側311開關、1號主變低壓側011開關處于合閘位置，投入2號主變并聯運行時，出現較大環流現象。 具體過程是，主變中壓側312開關和主變低壓側012開關處于分閘，主變高壓側通過進線102或內橋110供電，2號主變高壓側運行正常，電流很小，幾乎為零；在35kV母線分段310開關合閘后，合上2號主變中壓側312開關的瞬間，1號變壓器聲音驟然增大；在10kV母線分段010開關合閘后，再合上2號主變低壓側012開關，1號主變聲音沒有明顯降低。 觀察發現2號主變中壓側和低壓側電流明顯高于負荷電流，具體現象為：10kV負荷A相總電流994A，而2號主變低壓側A相采集電流達到1338A；2號主變中壓側A相采集電流達到716A。 經查，2號主變高壓側、橋側、中壓側、低壓側四側相位和性均正常，電流合并單元裝置（該裝置是針對與數字化輸出的電子式互感器連接而在IEC 60044-8中首次定義的，其主要功能是同步采集多路電流互感器/電壓互感器輸出的數字信號后并按照規定的格式發送給保護、測控等設備。） 采集到的電流正常，監控后臺顯示遙測量正常；110kV母線和10kV母線電壓沒有明顯變化，屬于正常范圍之內，但是35kV母線電壓采集值達到40.7kV，明顯大于正常值。隨即斷開35kV母線分段310開關，1號主變聲音回歸正常，主變三側電流電壓恢復正常。 1號主變中壓側電壓為38.9kV，2號主變中壓側電壓依然處于41.43kV高電壓，初步判斷問題出現在2號主變中壓側。 兩主變解列，全站負荷全部由2號主變來承擔，合上110kV進線102開關，斷開110kV內橋110開關，合上35kV分段310開關，分別斷開1號主變中壓側311開關、低壓側011開關和進線131開關。 操作完畢后，發現只有35kV母線電壓偏高，110kV、10kV電壓采集正常。由此判斷2號變壓器本身沒有問題，問題出現在兩臺主變中壓側變比不一致，存在偏差過大的情況。 投入1號主變，退出2號主變。將2號主變高壓側與中壓側變比調到與1號主變相同。再次投運2號主變，此時兩臺主變中壓側、低壓側負荷都均衡，基本沒有環流，運行正常，聲音正常。運行過程情況見表1。 表1  運行方式試驗數據對比

4 問題分析 變壓器并聯運行的理想條件需要具備四個條件，即各臺變壓器之間的變壓比相等、連接組別必須相同、阻抗電壓相同、短路阻抗角相等。 能夠使變壓器并聯運行形成環流的原因是變壓比不相等和連接組別不相同。兩臺變壓器的原邊加同一電壓，2號變壓器的變比小于1號變壓器，當兩臺變壓器副邊開路時，由于變比小的變壓器感應電勢高，致使兩臺變壓器副邊電壓不相等，產生差額電壓。 當這兩臺變壓器副邊并聯于公共母線，不帶負荷時，在差額電壓的作用下，副邊回路將產生環流，根據磁勢平衡原理，原邊回路也會產生相應的環流。當這兩臺變壓器的副邊并聯于公共母線并帶起負荷時，環流仍然存在，變壓器的實際電流是由環流和負載分量兩部分組成的，且變比小的變壓器電流相量等于環流與負載分量相量之和，變比大的變壓器電流相量等于負載分量與環流之相量差。 也就是說，變比不相等的變壓器并聯運行，在空載時，原、副邊回路會出現環流，增加了附加損耗。負載時環流與負載電流合成的結果，使變比小的變壓器電流增大，可能過載；變比大的變壓器電流減小，可能欠載。 由于短路阻抗很小，即使并聯運行的變壓器變比之差很小，也能產生較大的環流，因此必須限制并聯運行變壓器的變比差。兩臺變壓器的一次側、二次側電壓需相等，變壓比K的誤差不允許超過±0.5%。 連接組別應相同，連接組別反映一次側、二次側線電壓的相位關系。如果連接組別不同，即使二次側電壓大小一樣，但因相位的不同，并聯后仍然會產生內部電動勢差，從而導致環流產生。如兩臺變壓器原邊均為星形連接，副邊一個是星形連接，一個是正連三角形連接，兩個副邊對應的線電壓相位不相同，彼此相差30°。 副邊的電壓差將達到副邊線電壓的51.8%，這樣大的電壓差所引起的環流將超過額定電流許多倍。若連接組別相差越大，則副邊的電壓差也越大，環流就更大，可能將變壓器燒毀，因此連接組不相同的變壓器絕對不允許并聯運行。 至于阻抗電壓相同和短路阻抗角相等兩個條件由于制造等原因，總會稍有差別。當短路阻抗角相差20°以下時，電流的相量和與電流代數和之間相差很小，故一般不考慮阻抗角的影響。

該變電站首行了35kV和10kV饋線的改造工作，進展很順利。準備改造主變的前夕，2號變壓器突然發生嚴重故障，只得返廠大修。大修后，對2號變壓器做了驗收，卻忽略了兩臺變壓器的變比誤差。 兩臺變壓器變比K的誤差（（41.43-38.9）/38.9=6.5%）已經遠遠超過±0.5%，所以形成巨大的環流。 5 結論 變壓器并聯運行必須滿足變壓比相等、連接組別必須相同、阻抗電壓相同、短路阻抗角相等四個條件。尤其老站改造或變壓器大修時，務必注意變壓比相等，該文在多臺變壓器并聯運行的問題分析、變電站設計選型及變壓器維修驗證方面具有借鑒意義。