变压器不完全并列运行负荷分配的研究

2011-01-23申双葵

成都工业学院学报 2011年2期

申双葵，廖艳

(成都电业局新都供电局，成都 610500)

变压器并列运行时，需要调整变压器的运行方式，将变压器二次侧不完全并列运行。不完全并列运行变压器因外部因素而引起负荷不能平均分配于变压器中，使得变压器容量不能充分利用，造成变压器过负荷而危及安全运行。同时，这也将给供电部门对电力的合理、经济调度带来不利影响［1］。

为此，本文提出一种等效阻抗计算方法，该方法通过阻抗的计算来估算变压器的负荷分配，能够合理、经济地进行电力调度。

1 变压器的并列运行

变压器是电力网中的重要电气设备，由于连续运行的时间长，为了使变压器安全经济运行及提高供电的可靠性和灵活性，在运行中通常将2台或多台变压器并列运行，如图1所示(所有开关均处于合闸状态)，也就是将2台或多台变压器的一次绕组并联在同一电压的母线上，二次绕组并联在另一电压的母线上运行［2］。其好处是:1)当1台变压器发生故障时，并列运行的其他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，这样既能保证变压器的计划检修，又能保证不中断供电，从而提高供电的可靠性。2)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损耗，改善电网的功率因数，提高系统的经济性［3］。

图1 变压器并列运行一次接线

2 变压器的不完全并列运行

在实际工作中，由于某种原因需要将并列运行变压器的二次侧分列运行，如图1中，当302开关断开，1#、2#主变110 kV侧并列、35 kV侧分列、10 kV侧并列运行，这样就形成变压器的不完全并列运行，2台变压器产生了负荷不均匀分配现象［4］，35 kV侧所有负荷均由1#主变提供，将造成1#主变可能超载运行。如果不准确计算，则主变的负荷控制无法给定，为了更好地进行电力调度，则需要对变压器不完全并列运行的负荷分配进行分析［5］。

图2 三绕组变压器的等值电路

图3 变压器不完全并列运行等值电路

首先，考虑变压器的等值模型，三绕组变压器等值成星型等值电路，如图2所示。图中Z1、Z2、Z3分别代表变压器高、中、低压侧绕组的阻抗，由于变压器的电抗远大于电阻，所以在计算中可以省略电阻，同时不考虑导纳。

由于绕组之前存在漏抗，通过变压器的短路电压参数求取高、中、低压侧短路电压为:

由各侧短路电压求各侧绕组的电抗为:

此时，该2台不完全并列运行及其所带负荷的等值电路如图3所示。图中Z11、Z12、Z13为1#主变高、中、低压侧等效阻抗;Z21、Z22、Z23为2#主变高、中、低压侧等效阻抗;Z35、Z10分别为35 kV、10 kV侧负荷的等效阻抗。

令302开关断开前，即1#、2#两台主变并列运行时，35 kV侧总电流为I35，电压为U35，有功总负荷为P35，无功总负荷为Q35;10 kV侧总电流为I10，电压为U10，有功总负荷为P10，无功总负荷为Q10，则:

在所有阻抗归算于同一电压等级后，由图3的等值电路可以求得不完全并列运行1#、2#主变侧的等效阻抗分别为:

由1#、2#主变各侧等效阻抗可以求得各变压器的负荷分配:

3 变压器的不完全并列运行实例

成都市新都区110 kV三河变电站2台三绕组变压器并列运行，一次接线如图1所示方式。

1#主变的阻抗电压为:U1-2%=9.99、U1-3%=17.5、U2-3%=6.3;2#主变的阻抗电压为:U1-2%=9.8、U1-3%=17.5、U2-3%=6.4;容量均为 40 MVA。

实例1:

在302 开关断开之前，I35=262 A，U35=37.1 kV，P35=16.6 MW，Q35=3.0 MVar，I10=2 782 A，U10=10.6 kV，P10=49.5 MW，Q10=11.6 MVar。

由于变压器35 kV侧分列运行，必将产生变压器负荷不均匀分配现象，1#主变可能超载运行，所以针对变压器分列运行时，必需进行负荷控制。如不进行准确计算，假定10 kV侧负荷均匀分配于2台主变，相应的负控方案(按照主变负荷不超过容量的90%的原则):在35 kV侧负控5.35 MW，或在10 kV侧负控10.7 MW，即负控在5.35～10.7 MW范围内。

经过负荷分配计算后，1#主变负荷为37.6 MW;2#主变负荷为28.5 MW。

由计算后负荷分配的大小可以看出，2台主变均不过载，这种情况下可以不进行负荷控制。

表1 变压器不完全并列运行负荷分配及其误差(实例1)

在不进行负荷控制后，断开302开关，变压器不完全并列运行时，1#、2#主变负荷分配的实际测量值与估算值相比见表1。

由表1可见，经过变压器负荷分配计算后而决定不进行负控，实际运行表明满足要求，误差在可以接受的范围之内。

实例2:

在302 开关断开之前，I35=354 A，U35=37.0 kV，P35=22.3 MW，Q35=4.1 MVar，I10=2 874 A，U10=10.6 kV，P10=51.4 MW，Q10=12.0 MVar。

按照方案1负控原则，不进行准确计算时的负控方案:在35 kV侧负控12 MW，或在10 kV侧负控24 MW，即负控在12～24 MW范围内。

经过负荷分配计算后:1#主变负荷为43.1 MW;2#主变负荷为30.6 MW。

由计算后负荷分配的大小可以看出，1#主变过载运行，这种情况下负控方案可以相应制定为:在35 kV侧负控7 MW;由计算后的负荷分配可以看出，10 kV侧1#、2#主变的负荷分配比例为0.68/1，因为1#主变需要负控7 MW，而此时2#主变负荷相应降低了10.3 MW，所以在10 kV侧负控17.3 MW，负控在7～17.3 MW范围内。

根据计算分析后，根据实际情况而制定相应的负控方案为:35 kV侧负控2 MW，10 kV侧负控12 MW。

根据负控方案后的预期负荷，再计算主变负荷分配，1#主变负荷为35.5 MW;2#主变负荷为23.9 MW。

根据制定的负控方案执行，断开302开关后，变压器不完全并列运行时，1#、2#主变负荷分配的实际测量值与估算值相比见表2。

由表2可见，经过变压器负荷分配计算后而制定的负控方案满足要求，误差在可以接受的范围之内。

4 结论

当2台三绕组变压器二次侧中一侧分列运行，另一侧并列运行时，2台变压器将会产生负荷不均匀分配现象，尤其是分列运行侧负荷电流相对而言相差较大时，2台变压器负荷电流不平衡现象更为明显，不平衡程度由分列运行侧负荷电流大小决定。如果不准确计算，则主变的负荷控制无法给定，按经验负控则不利于多供电，造成资源浪费，用户也不会满意，优质服务也受影响。