2017第六屆新能源發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新大會

中國電工技術(shù)學(xué)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(fā)展戰(zhàn)略、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)、微電網(wǎng)及儲能等重要議題展開交流。瀏覽會議詳情和在線報(bào)名參會請長按識別二維碼。

國電南瑞科技股份有限公司的研究人員李家鋒、田家運(yùn)、潘成，在2017年第2期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，以典型110kV變電站兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行后，出現(xiàn)較大環(huán)流為實(shí)例，分析環(huán)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(lián)運(yùn)行產(chǎn)生的環(huán)流，也減少附加損耗及其他安全事故，確保變壓器安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)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(lián)運(yùn)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(lián)開關(guān)并聯(lián)在一起，共同對負(fù)載進(jìn)行供電。并聯(lián)運(yùn)行能夠提高電能供應(yīng)的可靠性，減少備用容量，還能夠根據(jù)負(fù)載的大小來調(diào)整投入運(yùn)行的變壓器臺數(shù)，以提高運(yùn)行效率。

當(dāng)然并列臺數(shù)不能太多，因?yàn)樵趩闻_機(jī)組容量太小時(shí)會增加損耗，增加投資和成本，使運(yùn)行操作復(fù)雜化。為消除或減少并聯(lián)變壓器回路中所構(gòu)成的環(huán)流，需要并聯(lián)的變壓器必須滿足一定的條件。

已投運(yùn)的變電站在變壓器改造或大修時(shí)，需要特別注意檢查變壓器并聯(lián)運(yùn)行條件是否完全滿足，避免環(huán)流的發(fā)生。

2 某110kV變電站一次接線圖

該110kV變電站本是常規(guī)變電站，需進(jìn)行數(shù)字化改造。整個變電站結(jié)構(gòu)較為簡單，兩條110kV進(jìn)線，采取內(nèi)橋接線方式，兩臺三卷變壓器，主變高壓側(cè)為節(jié)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(guān)分、合實(shí)現(xiàn)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(lián)后產(chǎn)生環(huán)流現(xiàn)象

該站1號變壓器處于投運(yùn)狀態(tài)，即110kV進(jìn)線131開關(guān)、1號主變中壓側(cè)311開關(guān)、1號主變低壓側(cè)011開關(guān)處于合閘位置，投入2號主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，出現(xiàn)較大環(huán)流現(xiàn)象。

具體過程是，主變中壓側(cè)312開關(guān)和主變低壓側(cè)012開關(guān)處于分閘，主變高壓側(cè)通過進(jìn)線102或內(nèi)橋110供電，2號主變高壓側(cè)運(yùn)行正常，電流很小，幾乎為零；在35kV母線分段310開關(guān)合閘后，合上2號主變中壓側(cè)312開關(guān)的瞬間，1號變壓器聲音驟然增大；在10kV母線分段010開關(guān)合閘后，再合上2號主變低壓側(cè)012開關(guān)，1號主變聲音沒有明顯降低。

觀察發(fā)現(xiàn)2號主變中壓側(cè)和低壓側(cè)電流明顯高于負(fù)荷電流，具體現(xiàn)象為：10kV負(fù)荷A相總電流994A，而2號主變低壓側(cè)A相采集電流達(dá)到1338A；2號主變中壓側(cè)A相采集電流達(dá)到716A。

經(jīng)查，2號主變高壓側(cè)、橋側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)四側(cè)相位和極性均正常，電流合并單元裝置（該裝置是針對與數(shù)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(shù)字信號后并按照規(guī)定的格式發(fā)送給保護(hù)、測控等設(shè)備。）

采集到的電流正常，監(jiān)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(nèi)，但是35kV母線電壓采集值達(dá)到40.7kV，明顯大于正常值。隨即斷開35kV母線分段310開關(guān)，1號主變聲音回歸正常，主變?nèi)齻?cè)電流電壓恢復(fù)正常。

1號主變中壓側(cè)電壓為38.9kV，2號主變中壓側(cè)電壓依然處于41.43kV高電壓，初步判斷問題出現(xiàn)在2號主變中壓側(cè)。

兩主變解列，全站負(fù)荷全部由2號主變來承擔(dān)，合上110kV進(jìn)線102開關(guān)，斷開110kV內(nèi)橋110開關(guān)，合上35kV分段310開關(guān)，分別斷開1號主變中壓側(cè)311開關(guān)、低壓側(cè)011開關(guān)和進(jìn)線131開關(guān)。

操作完畢后，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)在兩臺主變中壓側(cè)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(cè)與中壓側(cè)變比調(diào)到與1號主變相同。再次投運(yùn)2號主變，此時(shí)兩臺主變中壓側(cè)、低壓側(cè)負(fù)荷都均衡，基本沒有環(huán)流，運(yùn)行正常，聲音正常。運(yùn)行過程情況見表1。

表1  運(yùn)行方式試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

4 問題分析

變壓器并聯(lián)運(yùn)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(lián)運(yùn)行形成環(huán)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(dāng)兩臺變壓器副邊開路時(shí)，由于變比小的變壓器感應(yīng)電勢高，致使兩臺變壓器副邊電壓不相等，產(chǎn)生差額電壓。

當(dāng)這兩臺變壓器副邊并聯(lián)于公共母線，不帶負(fù)荷時(shí)，在差額電壓的作用下，副邊回路將產(chǎn)生環(huán)流，根據(jù)磁勢平衡原理，原邊回路也會產(chǎn)生相應(yīng)的環(huán)流。當(dāng)這兩臺變壓器的副邊并聯(lián)于公共母線并帶起負(fù)荷時(shí)，環(huán)流仍然存在，變壓器的實(shí)際電流是由環(huán)流和負(fù)載分量兩部分組成的，且變比小的變壓器電流相量等于環(huán)流與負(fù)載分量相量之和，變比大的變壓器電流相量等于負(fù)載分量與環(huán)流之相量差。

也就是說，變比不相等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，在空載時(shí)，原、副邊回路會出現(xiàn)環(huán)流，增加了附加損耗。負(fù)載時(shí)環(huán)流與負(fù)載電流合成的結(jié)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(lián)運(yùn)行的變壓器變比之差很小，也能產(chǎn)生較大的環(huán)流，因此必須限制并聯(lián)運(yùn)行變壓器的變比差。兩臺變壓器的一次側(cè)、二次側(cè)電壓需相等，變壓比K的誤差不允許超過±0.5%。

連接組別應(yīng)相同，連接組別反映一次側(cè)、二次側(cè)線電壓的相位關(guān)系。如果連接組別不同，即使二次側(cè)電壓大小一樣，但因相位的不同，并聯(lián)后仍然會產(chǎn)生內(nèi)部電動勢差，從而導(dǎo)致環(huán)流產(chǎn)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(yīng)的線電壓相位不相同，彼此相差30°。

副邊的電壓差將達(dá)到副邊線電壓的51.8%，這樣大的電壓差所引起的環(huán)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(huán)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(lián)運(yùn)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(dāng)短路阻抗角相差20°以下時(shí)，電流的相量和與電流代數(shù)和之間相差很小，故一般不考慮阻抗角的影響。

該變電站首先進(jìn)行了35kV和10kV饋線的改造工作，進(jìn)展很順利。準(zhǔn)備改造主變的前夕，2號變壓器突然發(fā)生嚴(yán)重故障，只得返廠大修。大修后，對2號變壓器做了驗(yàn)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(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過±0.5%，所以形成巨大的環(huán)流。

5 結(jié)論

變壓器并聯(lián)運(yùn)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(shí)，務(wù)必注意變壓比相等，該文在多臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行的問題分析、變電站設(shè)計(jì)選型及變壓器維修驗(yàn)證方面具有借鑒意義。