国外发电机组主变压器分接头选择

陈平，邹杰，魏华栋

（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）

国外发电机组主变压器分接头选择

陈平，邹杰，魏华栋

（山东电力工程咨询院有限公司，济南250013）

针对近年来国外发电厂单元接线主变压器分接头的选择问题，基于ETAP软件仿真建模，进行潮流分析，结合工程实例，给出变压器调压方式、调压范围及中间抽头电压的确定方法，阐明与国内工程选择方法的不同之处，满足IEEE Std C57.116标准的要求。

潮流分析；变压器分接头；单元接线

0 引言

目前，国内外大中型机组中发电机变压器一般采用单元制接线，该接线方式中主变压器分接头的选择是接入系统设计的一项重要内容。国内工程一般是根据SD 329—1989《电力系统电压和无功电力技术导则》以及GB 50660—2011《大中型火力发电厂设计规范》要求来选择变压器分接头，对发电机出口不设GCB单元接线，一般选择无励磁调压方式；对发电机出口设GCB单元接线，一般选择有载调压方式，分接头调压范围主要考虑系统电压对厂用电母线电压影响。但在国外工程中单元接线主变压器分接头的选择，尤其是采用美国标准的工程，要求变压器分接范围应在系统电压波动范围内，在发出所有有功功率前提下满足当地电网对发电机无功出力要求［1］。变压器分接头调压范围与电厂无功出力、电压变化密切相关［2-4］，一般通过分析潮流计算结果选择变压器分接头。文献［5］给出ETAP软件在国外发电厂有载调压分接头选择中的应用，但对潮流变化过程和需考虑的因素分析不足。

结合工程实例，利用ETAP软件建模仿真，对各种工况进行潮流计算，通过潮流分析确定变压器分接头选择的方法与需考虑的各种因素。

1 变压器分接头选择方法

在发电机变压器单元接线工程中，变压器分接头调压范围可用潮流公式来计算［1］：

式中：Vs为变压器高压侧电压（系统电压）；Vg为发电机机端电压；P为发电机发出的有功功率；Q为发电机发出或吸收的无功功率；S为变压器的额定容量；RT、XT为变压器在额定分接头下的电阻与电抗值。

由式（1）可看出，变压器分接头调压范围与发电机机端电压、发电机发出的有功功率、无功功率以及系统电压有重要关系。通过分析各种工况下的潮流计算结果，可确定工程中的变压器分接头调压范围及中间抽头电压。

变压器分接头选择的流程如图1所示。首先进行工程建模，进而根据实际要求设定工况，设定中间抽头电压，然后设定该工况下分接头位置，再进行潮流计算，完成计算后对结果进行分析，从而确认各母线电压是否在约束条件内，判断是否选出合适分接头。

图1 变压器分接头选择流程

2 工程模型及边界条件

2.1 工程概况

以菲律宾某工程为例，建设1×135 MW机组，发电机额定电压13.8 kV，机组以发电机变压器单元接线方式接入230 kV母线，发电机出口设置断路器。机组设1台双绕组厂用变压器和1台引自230 kV备用检修变压器，采用有载调压。中压4.16 kV，设2段母线，低压0.46 kV。

2.2 边界条件

根据当地的电网以及设备运行情况规定电压的波动范围，该工程中，运行边界条件如表1所示。

表1 各系统电压边界

2.3 接入系统要求

根据表1中230 kV系统电压波动范围，要求机组分别能在功率因数滞相0.85和进相0.9的情况下正常运行，即要求变压器能在发电机输出所有有功功率时输出83.666 Mvar无功或吸收65.383 Mvar无功，同时满足厂用电负荷要求［1］。

3 仿真分析

3.1 基于ETAP软件仿真模型

因发电机机端电压影响中低压厂用电系统电压，需将该工程整个系统在ETAP软件中建模。模型主要数据为：系统侧标称电压230 kV，短路容量18 364 MVA（外方提供），系统侧输入点设置为平衡节点；发电机额定电压13.8 kV，额定输出功率135 MW，主变压器额定容量170 MVA，阻抗电压14%，分接头步长设为1.25%，高厂变额定容量23 MVA，短路阻抗11%，无励磁调压，中低压电动机数据输入根据工艺专业负荷确定（厂用总有功负荷为16 MW，总无功负荷为12 Mvar）。

主变压器中间抽头电压可设为经验值，也可设为ETAP仿真软件中优化变压器分接头模块的推荐值［2］，采用前者，暂定为230 kV。

3.2 仿真案例

结合系统电压波动范围，分析该发电厂运行工况［1］。当发电厂230 kV母线电压在95%～105%范围内波动时，发电机能够输出83.666 Mvar无功或吸收65.383 Mvar无功。但考虑到电厂实际运行情况，当发电厂230 kV母线电压低于100%时，发电机不可能运行在发出无功工况；同理，当发电厂230 kV母线电压高于100%时，发电机不可能运行在吸收无功工况。按照文献［1］要求对发电机出口设GCB，主变压器承担起动机组作用时，还需考虑系统侧电压对厂用设备的影响。综上所述，选取案例，见表2。

表2 研究案例

3.3 仿真结果分析

对上述案例利用ETAP模型仿真，得出在不同工况下变压器分接头位置，如表3所示。

表3 各工况主变压器分接头位置

由于模型较为复杂，仅选取部分工况下潮流仿真结果。LF01工况下主变分接头位置为11.25%和12.5%时的潮流分布如图2、图3所示。

图2 主变分接头位置为11.25%潮流分布

图3 主变分接头位置为12.5%潮流分布图

4 国内外工程方法比较

国内工程中，主变压器采用无励磁调压方式；如果主变压器承载启动机组功能，分接头的选择一般由倒送电启动工况决定。

但在国外工程中，倒送电启动工况并不是选取主变压器分接头的决定条件。主变压器采用无励磁调压方式不满足IEEE标准要求，必须采用有载调压方式。考虑到实际运行中发电机机端电压应尽量维持在100%附近，变压器分接头上限可取11.25%，下限可取-11.25%，预留备用分接位置后，建议主变压器采用中间抽头电压230 kV，调压范围-12.5%～12.5%。如上、下调压范围差别较大，则可重新设置中间抽头电压，继续进行潮流分析，直至正负分接头的数值较为相近，以便满足变压器分接头实际制造要求。如电网电压波动范围较小，不考虑厂用电负荷影响，选择无励磁调压方式有可能满足发电机发出吸收无功能力，文献［1］中fig.6～11给出系统电压为固定值时选择无励磁调压方式的可行性。

5 结语

针对国外发电厂单元接线中主变压器分接头选择问题，结合工程实例，根据IEEE标准，基于ETAP软件潮流分析，详细给出了变压器调压方式、分接头调压范围及中间抽头电压的确定方法，为今后国外工程中发电厂主变压器分接头的选择提供参考。

［1］IEEE Std C57-116TM—2014，Guide for Transformers Directly Connect to Generators［S］.USA：The institute of Electrical and Electronics Engineers，Inc，2014

［2］周鹏程，卫志农，王成亮，等.优化设置变压器分接头的新算法［J］.华东电力，2011，39（2）：208-212.

［3］赵晋泉，张伯明.连续潮流及其在电力系统静态稳定分析中的应用［J］.电力系统自动化，2011，29（11）：91-97.

［4］张伯明，陈寿孙，严正，等.高等电力网络分析［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［5］刘丽影，李雪松，吴尚志，等.基于ETAP仿真的国外发电厂主变压器有载调压分接头选择研究［J］.吉林电力，2012，40（3）：1-3.

Transformer Tap Selection of Generating Set in Power Plants Abroad

CHEN Ping，ZOU jie，WEI Huadong
（Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Co.，Ltd，Jinan 250013，China）

With respect to the selection of main transformer tap in the unit connection of power plants abroad in recent years，based on ETAP simulation modeling，flow analysis is carried out by means of combination with actual engineering example. Methods to determine transformer voltage regulation mode，tap voltage range and intermediate voltage tap have been provided，and differences with domestic project have been expounded which meet the requirements IEEE Std C57.116.

flow analysis；generator transformer tap；unit connection

TM403.4；TM402

B

1007－9904（2015）06－0069－03

2015-03-10

陈平（1981），女，工程师，从事发电厂电气设计工作；邹杰（1979），女，工程师，从事发电厂电气设计工作；魏华栋（1978），男，高级工程师，从事发电厂电气设计工作。