变压器的并列运行分析

    摘要：分析两台变压器并列运行时必具备的条件及不具备条件的后果。

    关键词：变压器 并列运行 分析

    0 引言

    在发电厂和变电所中，变压器是重要电气设备，为了提高供电的可靠性和灵活性，减少能量损耗，保证经济运行，通常将二台或数台变压器一次侧以及二次侧同极性的端子之间通过同一母线分别互相连接的方式来运行。其意义是：当一台变压器发生故障时，并列运行的其它变压器仍可以继续运行，以保证重要用户的用电；或当变压器需要检修时可以先并联上备用变压器，再将要检修的变压器停电检修，既能保证变压器的计划检修，又能保证不间断供电，提高供电的可靠性。又由于用电负荷季节性很强，在负荷轻的季节可以将部分变压器退出运行，这样既可以减少变压器的空载损耗，提高效率，又可以减少无功励磁电流，改善电网的功率因数，提高系统的经济性。但是，变压器并列运行应同时满足下列条件：

①变压器变比相同（允许有±0.5%的差值）；

②变压器的短路电压相等（允许有±10%的差值）；

③变压器的接线组别相同。

除满足以上三个条件外，对于并列运行变压器容量比一般不超过3:1。

    2 变压器并列运行条件分析（下面结合某一变电站进行分析）

    2.1 某一变电站两台变压器技术参数及电气主接线：
    变压器的技术数据    
    变压器分接开关各档位对应表

    2.2 不满足变压器并列运行条件分析

    2.2.1 变压比不同时的变压器并列运行分析 当并列运行变压器的接线组别相同、短路电压相等，而变比不等时，那么并列运行变压器的二次电压不等。当两台变压器空载时，二次回路就会有电压差，因此而产生环流Ic。变比相差越大，产生环流也越大，影响变压器容量的合理利用，所以并列变压器变比相差必须限制在0.5%之内。

式中:ZdL1、ZdL2分别为两台变压器的短路阻抗；
    Ue1、Ue2分别为两台变压器的二次额定电压；
    若两台变压器中第二台的容量大，即Ie2Ie1
    式中UdL1、UdL2分别为两台变压器的短路电压
    以上述变电站为例：设1#主变档位为I档，2#主变档位为I档：
    由于S1=S2=6300KVA则
    因此上述变电所两台主变变比不等时，产生环流
    以上计算可知，上述两台变压器变比不等相差2.5%时，产生环流可达额定电流的17.8%。由于环流在变压器空载时便存在，它占据了变压器的容量，增大了变压器损耗，不能使所有并列运行的变压器都带上额定负荷，结果使变压器的总容量不能充分利用。

    2.2.2 短路电压不等时变压器并列运行分析 当并列运行中的变压器接线组别和变比都相同，而短路电压不等时，变压器二次回路不会产生环流，但会影响两台变压器的负荷分配。
    从两台并列运行变压器简化等值电路图可以看出：
    I1ZdL1=I2ZdL2即负载电流与短路阻抗ZdL成反正
    由于Ue1=Ue2  则Ie1Ze1=Ie2Ze2
    式中I*1、I*2两台变压器的负荷电流相对值；
    Z*dl1、Z*dL2两台变压器的短路阻抗相对值，数值与短路电压相等。
    从上式说明，负载电流的相对值与短路电压成反比，由于短路电压不等，所以负载电流相对值不等，并且说明短路电压不等的变压器并列运行，不能同时达到满载。

    如上述某变电站，1#主变UdL1=7.44%，2#主变UDl2=7.81%，
    则两台变压器短路电压不等，根据I*1Z*dl1=I*2Z*dL2代入有关数据
    由此可见，当短路电压数值大的变压器满载时，短路电压数值小的变压器会过载。为使负荷合理分配，在两台变压器短路电压相差不超过±10%的情况下，可选择容量大的变压器短路电压小些，一般要求并列变压器容量比不宜超过3:1，也就是限制了变压器的短路电压相差值不至过大。

    2.2.3 接线组别不同时变压器并列运行分析 当并列运行变压器的变比和短路电压相同，而接线组别不同时，变压器并列运行的回路中会产生环流。绕组接线组别不同的变压器并列运行时，同名相电压间的位移角φ等于连接组号N之差乘以30°
    则φ=（N1-N2）30°
    如果并列运行变压器容量相同，短路电压相等，而只有接线组别不同，则产生环流
    例：当30°时短路电压为UdL=7.44%时
    只有在故障情况下，才允许短时通过这样大的电流，由此可见，在作用下，并列运行变压器的二次绕组内虽然没有接负载，但在回路中也会出现几倍于额定电流的环流，这个环流会烧坏变压器。因此接线组别不同的变压器绝对不能并列运行。

    根据变压器并列运行条件，上述变电站两台主变符合三个条件可并列运行:

①变压器的接线组别相同，均为Ynd11；

②变压器变比相同（通过有载调压实现）；

③变压器的短路电压相等（相差+4.7%+10%），且容量相等。

    3 n台变压器并、解列运行的经济点计算

    运行中的变压器损失可分成铁损和铜损。一般说来，铁损基本不变，但铜损随着负荷电流的平方而变化。因此，在一定负荷下，多并列运行一台变压器的总铁损增加而铜损将减少。变压器并、解列的经济点按下列公式计算:

    3.1 在n台变压器容量、型式（型号）一样（相同）时；
    3.1.1 当总负荷增加时，满足下式则应增加一台，即：
    S＞Sn
    3.1.2 当总负荷下降时，满足下式则应解列一台，即：
    SSn
    QO=I0%Sn×1/100   Qk=Vk%Sn×1/100
    式中S——变压器的总容量（kVA）
    Sn——每台变压器的额定容量（kVA）
    N——运行中的变压器台数
    PO——空载有功损失（kW）
    QO——空载无功损失（kvar）
    IO%——空载电流
    PK——短路有功损失（kW）
    QK——短路无功损失（kvar）
    VK%——百分阻抗
    K——无功电力经济当量（一般在系统最大负荷时取0.1，在最小负荷时取0.06）
    现以上述某变电站两台变压器为例，计算其并、解列运行的经济点。从变压器技术参数可知:
    PO1=PO2=7.01 kW  PK1=PK238.37kW
    IO1%=IO2%=0.24
    VK1%=7.44   VK2%=7.81
    也即当变电站10KV总负荷大于2817KVA时，应增投一台变压器，即两台变压器并列运行，10KV总负荷小于2817KVA时，由单台变压器运行，从而达到变压器经济运行的目的。

    4 变压器并列运行应注意的事项

①变压器运行前必须进行极性、接线组别及变比的测量试验以确保变压器安全并列运行。

②变压器在安装后以及在进行过有可能使相位变动的工作后（如装拆进出线）必须经过核相后才允许并列运行。

③并列运行时，应合理选择并、解列点。

④变压器并列运行前，必须根据各变压器档位的电压比，确定并列运行的变压器变比相等时所对应的档位，并进行相应的档位调整。

⑤当并列运行的变压器中性点是经消弧线圈接地的，须进行消弧线圈由接一台主变运行切换到另一主变运行倒闸操作时，应遵循先停后送的原则，严禁将消弧线圈同时接入两台变压器的中性点上。

⑥并列运行中的变压器，当其中一台因保护动作跳闸时，应迅速调整负荷，以确保继续运行的变压器安全运行。

参考文献:

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