某电厂扩建主变压器绕组联接方式的分析.pdf

第 2 9卷 第 3期 2 0 0 7年 3月 水利 电力机 械 WAT ER C0NS ERVANCY & EL ECT RI C P OWER MACHI NERY Vo 1 2 9 No 3 Ma r 2 0 0 7 某电厂扩建主变压器绕组联接方式的分析 An a l y s i s o n t h e c o n ne c t i n g t y p e o f wi n d i n g f o r t h e ma i n t r a n s f o r me r o f a c e r t a i n p o we r p l a n t 张洪腾 ( 辉县豫辉热电有限责任公司， 河南 辉县4 5 3 6 0 0 ) 摘要： 随着电力工业的发展， 许 多中、 小型电厂需要扩大生产规模， 扩建新机组， 往往形成新厂、 老厂共存的 格局。为了与系统电网相联 ， 也为了新厂、 老厂互为备用电源以及运行方式上的灵活， 人们常常希望新厂与 老厂的主变压器之间能够互联 ， 并接入系统电网， 但是由于新厂、 老厂的设备状况不同， 其运行方式往往 已成 定式 ， 所以使 现场情况 变得比较复杂 ， 若不进行认真 的技 术论证 ， 深入分析现场的具体情况 ， 确 定科 学合理 的 接线方案 ， 往往会 造成技 术上的失误 及经济上的 巨大损失。 关键词 ： 主 变压器 ； 接线 ； 联接 方式； 新 、 老电厂 中图分类号： T M 6 2 1 5 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 6 6 4 4 6 ( 2 0 0 7 ) 0 3 0 0 5 1 0 3 1 问题的提出 某厂原先 的老厂 共有 6台发 电机组 ， 并通过 6 台 Y d l 1 联接的升压变压器。将发 电机的 6 3 k V电 压升至 3 5 k V送人开关站的 3 5 k V母线， 接人系统电 网。为了扩大生产规模 ， 1 9 9 7年开始计划扩建 2台 5 5 MW 的发电机组( 分 2期扩建 ， 现 1 期工程 已安装 1 台) ， 扩 建后 形成 新厂 区。新 厂区 已定 购 了 1台 Y N d l 1 联接的主变压器 ， 将发 电机的 1 0 5 k V电压升 至 1 1 0 k V送人开关站的 1 1 0 k V母线上 ， 电厂为了实 现新厂 与老 厂互 为备用 电源 ， 在 老厂设 置 了 1台 Y N d l 1 联接的 1 1 0 3 5 k V的变压器作为联络变压器 ， 将老厂的 3 5 k v母线电压升至 1 1 0 k V后送至新厂， 与 新厂主变压器的 1 1 0 k V侧相联 。同时 ， 电厂决定将 老厂从 3 5 k V进入 系统 电网改 为从新厂的 1 1 0 k V母 线进入系统电网， 其主接线如图 1 所示 。 对此 ， 接线存在 2种意见 ， 体现为 2种方案。方 案 1 认为在这种接线情 况下 ， 新厂主变压器不能采 用 Y N d l 1 的绕组联接方式 ， 而必须将此主变压器的 绕组联接方式改装成 Y N y o方可满足运行要求 ， 否则 由于新厂与老厂 的 1 1 0 k V变压器存在接线方式上 的原 因 ， 将会导致 1 1 0 k V 侧存在3 0 。 的相应差角 ， 不 图 1主 接 线 图 符合 电力工程电气设计手册 ( 以下简称 手册 ) 中 关于变压器并列运行 的条件。方案 2则认为此接线 可满足运行要求 ， 新厂主变压器 的绕组联接方式不 需改变， 采用现成 的 Y N d l l联接方式 即可。如果将 其改成 Y N v o联接方式 ， 尽管可以满足运行条件 ， 但 却存在种种弊端。 2 主变压器绕组联接方式的分析与讨论 2 1 对方案 1 的分析与讨论 方案 1的电压相量如图 2 所示。 方案 1 的理论根据是 手册 第 5 2 节“ 主变压 器型式的选择 ” 中关于绕组数量和联接方式 的选择 条款 ， 该条款规定“ 变压器绕组 的联接方式必须和系 收稿 日期 ： 2 0 0 70 1 1 0 作者简介 ： 张洪腾( 1 9 6 7 一) ， 男 ， 河南 辉县人 ， 辉县豫辉热 电有限责任公司副总经理 ， 工程 师， 从事 E E V E E O L E E 气方面的管理工作 c 维普资讯 5 2 水 利 电力机械 2 0 0 7年 3月 发电机 3 5 尚 3 k V a老厂 b新厂 图 2 方 案 1电压相量图 统电压相位一致 ， 否则不能并列运行” 。同时 手册 还指出： “ 电力系统采用 的绕组联接方式 只有 Y和 D ， 高、 中、 低 3侧绕组如何组合要根据具体情况来 确定 。 ” 首先肯定 手册 的规定是正确的。方案 1 遵 从上述原则是有一定道理的 ， 只是没有结合该 电厂 的实际情况作具体的分析 ， 而片面强调 了并列条件 ， 方案 1 以新厂和老厂发 电机同步且初相角相同为前 提 ， 并以发电机的端电压为参考相量。经过变压器 升压后 ， 由于变压器绕组联接 方式 的原因而使新厂 与老厂的 2台变压器 1 1 0 k V侧的电压相差 3 0 。 ， 其电 压相量关系如图 2所示。由此 即得出结论 ： 这 2台 1 1 0 k V变压器的 1 1 0 k V侧绝对不能并列在一起 ； 新 厂 Y N d l 1 联接的 1 1 0 1 0 5 k V主变压器的绕组接线 方式必须改为 Y N y 0接线方式 。因为只有这样改装 之后使这 2台变压器 1 1 0 k V侧 的电压达到同相位 ， 方可满足并列运行的条件 ， 才能并列投入电网运行。 从理论上讲， 方案 1 是可行的， 如此处理可以达 到新厂和老厂发电机电压完全同相位 ， 2台并列运行 的 1 1 0 k V主变压器 1 1 0 k V侧的电压也完全相同相位。 但是方案 1 却存在着如下不可忽视的技术问题。 ( 1 ) 将现在的 Y N d l 1 联接的变压器改装成 Y N y 0 联接要花费 1 5 0万元左右的巨额改装 费用 ， 而且新 厂投运时间将因此 而推迟 3个月 以上 ， 势必给电厂 造成重大的经济损失。 ( 2 ) 将 Y N d l 1 改为 Y N y 0将会失 去 Y N d l 1 联接 的一切优点 ， 反而使 Y N y 0联接 的弊端 充分显现 ， 这 是因为 ： 1 ) 对于电力变压器 ， 当外施 电压为正弦波时 ， 和 它相平衡的电动势 e 及感应该电动势的主磁通 也应是正弦波。但 由于变压器铁心饱和的原 因， 使 空载电流 呈尖顶波 ， 其中除基波外还有较强的 3 次谐波电流 。对于 Y y 联接 的三相 电力变压器 ， 由于 3次谐波 电流的频率为基波频率的 3倍 ， 故 以 A相位参考的三相 3次谐波电流的表达式为 J O 3 A=j 0 3 s i n 3 c o t ， o 3 B=j o 3 s i n 3 ( c o t一1 2 0 )=j o 3 ， s i n 3 c o t ， J o 3 c=J o 3 m s i n 3 ( c o t一2 4 0 )=j o 3 s i n 3 c o t 。 可见 ， 三相空载电流的 3次谐波是同相位 ， 同大 小的， 当变压器 的绕组采用星形联接又无中性线时， 则 3次谐波电流不能流通 ， 因此 空载电流就接近于 正弦波 ， 而主磁通则 畸变 为一平顶波。平顶波的主 磁通可分解 成基波 和 ， 5 ， 7 等奇次谐波 ， 其中以 ， 的幅值最大， 对电动势波形的影响也 最大， 使变压器 的相电势发生畸变。 2 ) 对于一般的 Y y 联接的三相心式变压器 ， 由于 其三相磁通互相联 系， 所以， 三相磁路 中的 3次谐磁 通因彼此同相位 、 同大小而无法沿铁心闭合 ， 只能借 油和油箱壁等形成闭合 回路 ， 因此会引起 附加 的涡 流损耗。对于应用于高压输 电中的容量较大 、 电压 较高的三相心式 电力变压器 ， 这种附加损耗不可忽 视。附加损耗的增大会引起局部发热 ， 对变压器 的 安全运行极为不利 ， 并降低 了变压器的效率 。 3 ) 由于 Y v 联接 的三相电力变压器在无中性线 引出的 Y联接绕组侧 中零序电流无法流通 ， 所 以造 成零序阻抗增大。当三相负载不平衡时还会使中性 点电位发生移动 ， 这些对继 电保护的运行和主变压 器绕组的绝缘都会带来不利影响。 正是由于 Y y 联接 的变压器存在上述种种弊端 ， 所以， 我国电力系统中的主变压器几乎都不采用 Y y 的绕组联接方式 ， 而要求主变压器至少有一组绕组 接成 D 。 2 2 对方案 2的分析与讨论 方案 2 认 为新厂 Y N d l 1 联接的主变压器不需要 改成 Y N v 0联接 即可与老厂 的 Y N d l 1 联接的变压器 1 1 0 k V侧并列 ， 并将老厂的 3 5 k V母线与系统电网解 开 ， 而在新厂 的 1 1 0 k V母 线接人 系统 电网， 这是 在 现有条件下该厂的最佳接线方式和运行方式。这时 2台 1 1 0 k V的变压器绕组联接方式均为 Y N d l 1 ， 即 2 台变压器均有一个绕组接成了 D， 所以完全符合常 规的要求。关于方案 1 认为如此接线将使 2台主变 压器 的 1 1 0 k V侧存在 3 0 D 相角差而不能并列运行的 问题 ， 通过以下 的分析可 以得到解决。 首先换一个角度来看 问题 ， 即以系统 电网 1 1 0 k v电压为参考相量 ， 2台主变压器的 1 1 0 k V侧并列 维普资讯 第 2 9卷第 3期 张洪腾 ： 某电厂扩建主变压器绕组联接方式的分析 5 3 于系统 电网电压 1 1 0 k V上 ， 即受 同一 电压的作用， 故 2台主变压器的 1 1 0 k V侧 的电压即 自然保持在同 一 相位上 ， 如此画出的电压相量关系如图 3所示。 C C 发电机 3 5 聒3 k V a老 图 3 方 案 2电压相量图 比较图 3和图 2 ， 两种分析方法 的不 同点 仅在 于所选参考相量 的不 同， 结果 图 3将图 2中 2台主 变由接线方式所引起的 1 1 0 k V侧 的 3 0 。 相角差最终 转移到了新厂与老厂的发 电机的端电压上 ， 而其 中 的电压相量关系保持不变。这样一来 ， 由于新厂和 老厂发电机都是独立运行 ， 二者之间并无直接 的电 气联系 ， 所以其端电压相差 3 0 。 对系统的运行不会产 生任何影响， 只不过新厂与老厂发 电机的转子在空 间上不是处于同一位置， 相差 3 0 。 空间角而 已。这正 如从 电网上通过 2台接线方式分别为 Y y n 0和 Y d l 1 的变压器分别向 2台同步 电动 机供 电一样 ， 尽管 2 台同步电动机的端 电压存在 3 0 。 相位差， 而导致其转 子在空间位置上相差 3 0 ， 但并不会影响 2台电动机 的同步运转 一样。所 以， 人们对于这 2台电机端电 压相差 3 0 。 则可 以忽略不计 ， 因为它既不会影响电机 的安全运行 ， 也不会影响电力系统的安全运行 。 在此尚需指 出， 依照 方案 2新厂与老厂通过 2 台主变压器在其 1 1 0 k V侧并列后 ， 电厂只能选择单 ( 上接第 4 8页) 用千斤顶和必要 的支撑稳住 ； 用水平 仪和经纬仪辅 以吊垂线 ， 分别检测底 、 侧水封部位 ， 然后找平 、 找正 ； 支臂就位 ， 调整和找正各支焊的位 置并实现与主梁的装配。 8 2 检测 测量曲率半径 ； 用卡弧样板检查 门叶弧度 ； 检查 结合部位 、 接缝 的平 面度和错 口大小 ， 并作修整 ； 按 规范及图纸要求 ， 逐项检测各项 目。 8 3 标 记 和编 号 所有检测项目 合格后， 划出各相关部位的安装基准 点接入系统电网， 比如： 选择在 1 0 4 3 k V侧入网 ， 则 3 5 k V 侧必须与系统电网解开； 如在 3 5 k v侧入网， 则 1 1 0 k V侧必须与系统电网解开。此外， 在新厂与老 厂的主接线 中必须保持开环状态运行 ， 而绝对不允 许 出现闭环 。亦即只允许在 2台变压器的 1 1 0 k V侧 出现并列运行的情况 ， 而决不允许在其他地方再出 现并列运行的接线。 2 3 实 践结 果 在方案 2的理论分析指导下 ， 该电厂新 厂主变 压器确定采用 Y N d 1 1 绕组联接的方式 ， 在保 持单点 入网( 厂方确定在 1 1 0 k V侧 单点接入系统 电网) 和 电厂主接线处于开环状态下与老厂 Y N d l 1 联接 的 联络变压器在 1 1 0 k V侧并列投入运行 ， 保证 了新厂 如期发电。运行至今 已有 1 年多了， 实践证明效果 良好 ， 既保证了技术上的安全可靠性 ， 又为电厂创造 了可观的经济效益 。 3 结论 ( 1 ) 扩建电厂如出现新 厂与老厂互联入 网的问 题时， 其变压器的接线方式必须经过科学论证 ， 因地 制宜 ， 力求技术上 的合理 、 先进， 运行上方便 、 可靠 、 经济 。 ( 2 ) 该电厂采用图 l 的主接线 ， 由于变压器绕组 联接方式引起的相位差角可通过主接线转移到发电 机的端电压上 ， 最终体现为新厂与老厂发电机 的转 子位置在空间上相差 3 0 。 ， 而这一点既不影响主变压 器的并列运行 ， 也不影响发电机的正常运行 ， 但必须 强调在此情况下电厂 只能单点接入系