关于王店变主变公共绕组过负荷的讨论概要

1、关于王店变主变公共绕组过负荷的讨论 茆超 （嘉兴电力局 500kV 王店变电所） 摘要:自耦变压器作为超高压变电所中普遍使用的变压器，其公共绕组的电流过 负荷情况有着自身的特殊性。 本文分析了不同运行方式下， 自耦变压器公共绕组 过负荷情况。 关键词:电力自耦变压器 ;公共绕组 ;过负荷; 0 引言 电力系统中，自耦变压器与普通变压器相比，具有更高的效率和明显的经 济效益。自因此在 500kV 超高压变电站，广泛的使用了 500kV 电压等级的自耦 变压器。 自耦变压器在不同的工作方式下，公共绕组流过的电流和同处一个铁芯的 串联绕组有所不同。本文以嘉兴电力局 500kV 王店变电站主变为研究对

2、象，讨 论了不同运行方式下， 得出自耦变压器公共绕组负荷分布的规律， 为更好的防止 公共绕组过负荷提供理论依据。 1 自耦变压器常见的几种使用形式 500kV 变电所中，自耦变压器高压侧连接 500kV 超高压电网， 220kV 侧连 接各 220kV 变电所。和高压侧、中压侧使用形式相对固定相比，低压侧的使用 方式比较多样化： 1直接向负荷供电。 2直接向用户供电并安装无功补偿装置。 3 不直接向用户供电仅安装无功补偿装置。 4 不直接向用户供电也不安装无功补偿 装置，仅作为平衡线圈使用。 王店变主变的工作方式为低压侧仅接提供所内负载的所用变和系统补偿的 抵压电抗器，由于所用变的负荷占总容量

3、非常小，在本文的讨论中忽略不计。 2 几种典型方式下公共绕组过负荷讨论 为方便研究，以王店变 #1 主变为例。王店变的主变均为分相式主三相是对 称运行的，在此仅以一相为例进行分析。变压器容量为 250MVA ，三侧电压变比 为 510/230/36,容量分别为 Sh =250MVA , Sh = 250MVA、S =80MVA。 由以上数据可以计算出变压器的计算容量即公共绕组的额定容量： 230/八 Re =Sjs =(1K12)S =(1)250 =137.3MVA( 1) 510 由各侧容量和电压可计算出各侧的额定电流： 高压绕组的额定电流： ISh/C.3 5n)=288.1A (2)

4、中压绕组的额定电流： ISm/C.3 UmN)=624.84A (3) 低压绕组的额定电流： l3 二S/( .3 UlN) =641.50A (4) 公共绕组的额定电流： I4 =SGe/(3 UmN)=344.5A (5) 实际电网中无功都是分散在较低电压的等级的变电设施中进行补偿的，通过 500kV变压器的无功容量一般不是很大，因此在 36讨论中忽略无功负荷的影 响，无功设备对通过公共绕组电流的影响将在 7中进行讨论。 3高压绕组仅向中压绕组供电 图1高压绕组仅向中压绕组供电时的电流走向图 这种运行方式的电流走向如图1所示，此时，低压侧电流13=0,变压器以自 耦方式向中压侧供电，故两侧

5、实际容量相等，即 S1=S2。根据铁芯中磁势平衡原 理： Ki2 -1) (7) (8) 其中：li、I2、I3分别为咼压侧、中压侧、低压侧的电流；Iab、Idb分别为自 耦方式运行时串联绕组、公共绕组的电流；Wab、Wcd分别为串联绕组、公共 绕组的匝数。 当自耦变压器在额定负荷下运行时，即 Sh= 250MVA， Ui = 500 kV, K12 = 2.217，可得；lc = I db = 344.5 A。可见,在这种运行方式下,若变压器未过负荷, 则公共绕组不会过负荷。 4高压绕组仅向低压绕组供电 电流走向如图2所示，此时12=0，高压侧以普通双绕组变压器的方式向低压 侧供电，Sh=S

6、l。当变压器在额定负荷下运行时，即 S=80MVA，公共绕组负荷为 _Sh_ .3u1 S .3U1 (9) 图2高压绕组仅向低压绕组供电时的电流走向图 Ig=I b= 90.56A。可见在这种运行方式下，即使低压侧满负荷运行，也不会造成公 共绕组的过负荷。 5高压绕组向中低压绕组供电 这种方式可看作上面两种方式的叠加，其电流走向如图 3所示。咼压侧输入 容量分为两部分：Sh、Sh。 Sh为高压侧以自耦方式传递给中压侧的容量，等于中压侧的输出容量，Sh = Sh 时，相当于高压侧单独向中压侧供电，高一中压绕组间自耦方式供电 ,Iab、Idb 分别为为串联绕组、公共绕组中流过的电流。 Sh为高压

7、侧以高、低压绕组间以变压器(电磁感应)方式传递的容量，等于低 压侧的输出容量，Sh= Si时，相当于高压侧单独向低压侧供电，高一低压绕组 间以电磁感应方式供电，Ib为高压侧电流。 从图3中可见，公共绕组中有两个电流：Idb和Ib，且两电流方向相反，所以公 共绕组中的电流为：Ig =1 db-I Bo 当低压侧满负荷运行时，即本例中的S = 80MVA，则Sm=Sh-S = 130MVA，且有 Ui = 510 kV, K12 = 2.217，将其代入式(6)、式(7)，可以求得： 1 DB S 一 Pi 130_103 、3 510 (2.217-1) = 179.1A Ib B(C) R3

8、lB = h = 250 10 =283.01A 、3U1、3 510 所以，公共绕组中的电流为：Ig = Ib - Idb = 103.9A。 |1 |3 I AB |2 R2 I DB D 图3高压绕组同时向中压绕组和低压绕组供电时的电流走向图 当中压侧满负荷运行时，即Sm = 250MVA，则S3 = 0MVA，将其代入式(8)， IG = I DB 同理，可求得：Idb=344.5A; Ib = 0 A。所以，此时公共绕组的电流为: -Ib =344.5 A。 从上述分析可知，这种运行方式下，若变压器未过负荷，公共绕组中的电 流将会在103.9A288.1A的范围内变化，而不会超过额定

9、值。所以，此时自耦 变压器的公共绕组不会过负荷。 6高压绕组和低压绕组同时向中压绕组供电 高压绕组和低压绕组同时向中压绕组供电和高压绕组向中低压绕组供电时 的电流流向相似，如图3所示。此时中压则的输出容量由Sm、Sm两部分组成。 Sm为高压侧以自耦方式传递给中压侧的容量，等于高压侧的输出容量。若Sm=Sm， 相当于高压侧单独向中压侧供电，高一中压绕组间以自耦方式供电，Iab、Idb为 串联绕组、公共绕组中流过的电流。 Sm为高压侧以变压器方式（电磁感应）方式传递的容量，等于低压侧的输出 容量，Sm=Sm,相当于高压侧单独向低压侧供电，IB为高压侧流过的电流。 从图3中可见，在这种运行方式下，公

10、共绕组中的电流为：Ig = Idb + IB， 其中，Idb可由式（8）求得。 Ib为低压侧通过变压器方式感应到中压侧的电流，则有： (10) I3W3 _ SW3 _ S I b - WCd3U3 WCd3U2 当高压侧满负荷运行时，Sh=250MVA，且U2 = 230kV, K12 = 2.217,代入 式（8）,可得：Idb = Ig= 344.5 A。该电流已经达到公共绕组额定电流，为了不使 公共绕组过负荷，必须使低压侧的输出电流Ib= 0 A,即低压侧不能向中压侧供电。 当低压侧满负荷运行时，有S=80MVA代入式（10）,可得：Ib =200.8 A。公 共绕组额定电流为344.

11、5A，此时Idb允许的最大值为344.5200.8=143.7。已知Idb 根据式（8）可以推算出高压侧实际的可供最大容量为 100.08MVA。 从以上分析可以看出，在这种运行方式下，若变压器高压侧满负荷运行， 低 压侧不能向中压侧供电，否则公共绕组会过负荷。若变压器低压侧满负荷运行时， 高压侧供电能力也受到限制。 由式（8）、（ 10）可以得到高低压侧的供电容量关系如下 (11) ShSi (1-1/K12)_344.5 A 3U 23U 2 0 乞 Sh 乞 250MVA 0S 兰80MVA 7公共绕组的容量与第三侧接入无功补偿装置容量之间的关系 实际运用中，低压无功补偿设备分为低压电容

12、器和低压电抗器，两者运行时 对公共绕组电流的影响是不一样的。 本所低压侧所接无功补偿设备为电压电抗器，低抗运行时是吸收无功功率 的，当抵抗投入时变压器的实际运行方式为高压侧同时向中压侧和低压侧供电， 与1.2.3中不同的是此时供给低压侧的是无功功率， 而非有功功率。本所的低压电 抗器单台容量为20MVar，以#1主变为例，低压侧装有两台抵抗。假设两台抵抗 同时运行，即S=40MVar。假设高压侧以额定负荷运行，即 3=250MVA，假设高 压侧的额定功率因数为k=0.9。则中压侧的容量为Sm为： Sm = （k|_Sh）2（1【k）Sh 二 S2（ 12） 根据式（12）可以计算出Sm=225.5MAV。根据1.2.3中的分析，此时的公共绕组是 不可能过负荷的。 当低压侧所接无功补偿装置为低压电容器时，变压器就以1.2.4