两台参数不完全一致的500kV变压器并列运行分析

两台参数不完全一致的500kV变压器并列运行分析

Summary：变压器并联运行是增强供电灵活性、提高供电可靠性的一种很有效的手段。为满足并联运行条件应在设计阶段按GB/T17468-2008《电力变压器选用导则》的要求选择主变压器。但在实际工作中常遇到不能完全满足导则要求而需并联运行的情况，则应具体进行环流、负荷分配方面的计算，并权衡并联运行对主变设备的不利和运行上的好处，决定是否实施并联运行，或采取进一步的更换改造变压器的措施。本文对500kV某变电站两台主变在不同档位下进行了详细的分析讨论，验证了其并列运行的具体条件，为同类变电站的变压器并列运行提供一定的借鉴。Keys：无载调压变压器，并列运行；阻抗电压；电压比

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引言500kV某变电站一期工程选择额定电压变比为525/230±2×2.5%/36kV的#1主变压器。二期建设时，选择额定电压变比为515/230±2×2.5%/36kV的#2主变压器。导致扩建#2主变压器的额定电压变比与#1主变压器的额定电压变比不一致。众所周知，两台变压器并列运行电压比相等是重要的条件之一，否则会在两台主变之间产生电压差，由此电压差产生的差流再与变压器的正常运行电流叠加，可能导致变压器过负荷，造成绝缘破坏、绕组烧毁等事故。那两台接线组别相同、容量相等、阻抗电压百分数相近，但额定档位电压比不等的变压器需要并列时，应该如何计算分析，达到并列运行最优化的目的呢?我们以两台主变实际并列运行的计算分析为例来介绍。2

并列运行变压器情况两台变压器的主要参数见表1。从表中可知，两台变压器接线组别相同，容量相等，阻抗电压百分数相近，在允许范围之内。唯一的区别在于电压组合：两台主变中压侧额定电压均为230kV，正负5档，每档级差2.5%；低压侧额定电压都一样。由于高压侧额定电压不同，中压侧每档级差相同，造成两台主变在同档位的电压比不同。

表1两台主变参数

项目#1主变#2主变额定容量/MVA750/750/240750/750/240额定电压/kV联结组别YN，Yn0，d11YN，Yn0，d11阻抗电压14.8314.6047.5746.4930.5130.41空载损耗(kW)172.6150.7空载电流I0(%)0.0330.032

正常方式下，500kV变电站500kV和220kV侧均并列运行，35kV侧不带负荷，分列运行。目前#1主变220kV侧档位调在2档，即235.75kV，500kV母线运行电压为519kV左右，220kV母线运行电压为229kV左右。对#2主变投运后进行了以下分析。3

变压器并列运行分析根据电力行业标准DL/T572-2010《电力变压器运行规程》，变压器并列运行基本条件为链接组标号相同；电压比应相同，差值不得超过0.5%；阻抗电压偏差小于10%[1]。阻抗电压或电压比不同的变压器，除满足GB/T1094.7-2008《电力变压器第7部分：油浸式变压器负载导则》及制造厂的规定外，每台变压器并列运行绕组的循环功率Scr应满足制造厂要求。3.1联结组别由表1可知，500kV某变电站两台主变钟时序数、容量和频率均相同，两台变压器的联结组别相同，满足变压器并联运行要求联结组别相同的条件，但两台变压器均为无载调压运行。3.2电压比偏差行业标准要求电压比尽量相同，主要是为了避免和减少变压器之间产生循环功率，减少变压器不必要的容量占用及损耗。两台变压器不同档位的变比值如表2所示。表2两台主变各分接的变比及额定电流档位#1变压器#2变压器中压侧额定电压(kV)中压侧额定电流(A)变比中压侧额定电压(kV)中压侧额定电流(A)变比1241.517932.17241.517932.132235.7518372.24235.75183722823018832.244224.2519312.34224.2519312.305218.519842.40218.519842.35按照行业标准，2台变压器电压比相差不得大于0.5%，这种规定是为了使2台并列运行变压器达到理想运行状态的导向性要求，并非必须严格遵守的条款。因此，略超出此规定，但是能够保证两台变压器之间的环流小于一定值，使得变压器不至于过载即可满足要求。通过计算，可知以下几种档位满足环流小于10%的要求，具体见表3所示。表3环流小于10%或电压比偏差小于0.5%的档位组合#1主变#2主变变比偏差500kV侧电压值（kV）500kV额定电压220kV抽头电压500kV额定电压220kV抽头电压550500220kV侧环流值（A）与额定电流比值220kV侧环流值（A）与额定电流比值525241.5（1）515235.75（2）0.49%54.742.98%49.762.71%525235.75（2）515230（3）0.5%61.143.25%55.592.95%525230（3）515224.5（4）0.61%67.893.52%61.713.2%525224.5（4）515218.5（5）0.79%87.474.41%79.524.01%可见，当2台主变220kV侧档位放在错档（差一档位）时，组合方式包含#1主变和#2主变分别位于1档和2档、2档和3档、3档和4档、4档和5档时，500kV母线电压允许范围在500~550kV间，在此电压范围下，220kV侧产生的环流与额定电流的比值均在5%以内，满足变压器制造厂家要求环流不超过额定电流10%的要求。因此该组合方式下2台主变是可以并列运行的。3.3阻抗电压差电力行业标准要求“阻抗电压值偏差小于10%”是为了减少2台变压器并联运行时负荷分布不均匀程度。对于额定容量相同、阻抗电压不同的变压器，2台变压器之间的负荷分配与阻抗电压成反比。若相差较大则阻抗电压小的一台变压器先满载，另一台变压器的容量得不到充分的发挥将造成浪费。也就是说，这种规定是为了使2台并列运行变压器达到理想运行状态的导向性要求，并非必须严格遵守的条款。因此，略超出规定，但是能够保证两台变压器均不过载，在运行上是允许的，只是阻抗电压大的变压器容量得不到发挥。假设变电站负载容量为S，每台变压器负载容量分别为S1和S2，假设两台变压器阻抗值分别为Z1和Z2，那么每台主变分配的容量分别为：由上述公式可知每台主变分配的容量与其阻抗电压成反比。如，当#1主变置于2档，#2主变置于3档时，Zk1*=0.021133，Zk2*=0.020453。若主变满容量运行，则每台变压器分配的负荷分别为：S1=737.74MVA，S2=762.26MVA，此时#1主变容量没有完全利用，主变负载率98.36%；而#2主变发生过载，主变负载率101.63%。两台主变负载比例为1:1.033。在满足10%环流的档位组合前提下的2台变压器负载分配结果如表4所示。表4不同档位组合下2台变压器负载分配结果组合#1主变档位#2主变档位循环功率/MVA负载/MVA负载率/%#1主变#2主变#1主变#2主变1241.5（1）235.75（2）21.81750774.75100103.32235.75（2）230（3）24.34750774.75100103.33230（3）224.5（4）27.05750777.75100103.74224.5（4）218.5（5）34.85750778.5100103.8由表4可知，4种组合两台主变压器的负载率均不超过3.8%，受阻容量不过28.5MVA，循环功率最大约为35MVA。实际中，考虑到500kV变电站一般都不会满载运行（容载比为1.5），因此，阻抗电压差所导致的负荷分布不均衡在允许范围之内。4

变压器过励磁问题变压器过励磁与电网的运行电压和频率有关，当电网电压升高或频率下降时，均会造成变压器工作磁通密度增加，使变压器的铁心饱和。变压器长期过励磁运行，会造成变压器过热、绝缘老化，影响变压器的寿命，严重时造成局部变形和损伤周围的绝缘介质，设置烧毁变压器。因此，在500kV变压器订货时，电网公司应根据电网实际运行电压、变压器不同安装地点（如送端、中间端及受端），技术规范书中明确允许持续运行的最高电压等因素合理选择分接头，以确保变压器运行电压的上限必须使变压器不过励磁。根据厂家关于变压器过励磁问题的说明，在变电站使用两台主变时，在过往记录中，高压实际运行电压分别超过550kV，高电压相对于原设计电压将轻微过励磁2.01%。由于变压器的设计已经符合GB1091.1-1996《电力变压器》的过励磁要求，即变压器应满足在空载时过励磁10%或满载时过励磁5%下连续运行的要求，同时该变压器铁心具有良好的励磁性能和较高的饱和点。因此，这种励磁的变化对变压器长期运行没有任何影响。此时空载损耗仅增加30多kW，不至于对温升造成影响。另外，当系统出现最高电压（550kV）时，过励磁为6.8%（550/515=1.068），即使其主变处于满载，也没有超出设计时的条件。因此，只要变电站500kV最高运行电压不超过550kV，变压器的励磁就能满载其变压器设计要求。但需要指出的是，电网短时间电压升高，由于变压器并非满载运行，发生励磁时并非每次都会造成设备明显的破坏。故只能在系统运行调度上控制好无功潮流的分配，确保变电站母线电压尽量不要超过550kV。5

结论经过上述计算结果分析，2台主变若额定电压变比不同，则会导致：(1)220kV侧分接头需在不同档位上，这给运行带来一定的麻烦；(2)电压比不同引起了一定大小的环流，需控制2台主变分接头档位，使环流在变压器制造厂家要求的范围内；(3)负荷电流不一致，导致2台主变负载分配不均衡，考虑到500kV变电站一般都不会满载运行（容载比为1.5），不会出现主变满载运行的情况；(4)220kV侧产生的环流对主变保护的220kV侧后备保护、过负荷保护的整定没有影响。500kV某变电站主变为无载调压，目前#1主变220kV侧运行在2档，由计算结果可以看出，#2主变调在3档时，电压比差范围控制在0.5%以内，环流与额定电流的比值控制在4%以内，满足变压器并列运行的条件，该组合方式最为合理。因此建议#2主变将其档位放在额定档位（3档），#1主变档位维持不变，两台主变并列运行对电网运行和变压器本体不会产生影响。

Reference：[1]汤藴璆，罗应立，梁艳萍.电机学[M].北京：机械工