阻抗不同的变压器并列运行分析

●国网湖南省电力公司经济技术研究院 徐彬焜 曾白艳

随着经济社会的发展，电网负荷日益增加，现有的变电站主变容量已经不能满足负荷增长的需要，通常需对变电站进行增容扩建改造。为了提高电网运行的经济性，降低电能损耗，通常将扩建的主变与原主变并列运行。变压器的并列运行，就是将2台或2台以上变压器的一次绕组并联在同一电压母线上，二次绕组并联在另一电压母线上运行。这样既可以保障运行的经济性，又可以保证运行的灵活性。

1 变压器并列运行的优点及条件

1.1 变压器并列运行的优点

（1）提高变压器运行的经济性。当负荷增加至1台变压器容量不足时，则并列投入第二台变压器，当负荷减少到不需要2个变压器同时供电时，可将1台变压器退出运行。特别是在农村台区，季节性用电特点明显，可以根据用电负荷的大小选择投切变压器，这样就可以尽量减少变压器本身的运行损耗，提高效率，又可以减少无功励磁电流，改善电网的功率因数，达到经济运行目的。

（2）提高供电可靠性。当并列运行的变压器中有1台发生故障时，并列运行的其它变压器可以继续运行，以保证重要供电用户的电力供应。当其中1台变压器需要检修时，只需要将检修变压器退出运行，并不影响其它变压器的正常运行，这样就减少了故障和检修时的停电范围和停电次数，提高了供电的可靠性。

（3）减少备用容量。有些工程项目需要分期投产，也就是用电负荷处于陆续增长阶段，故变压器容量也可以根据电量的增加，分期加装新增变压器，减少一次性投资。

1.2 变压器并列运行的条件

变压器并列运行的理想情况是当变压器空载运行时，变压器一、二次绕组中没有环流；负载时，各台变压器所承担的负荷按其额定容量同比例分配，这样可使变压器的容量得到充分利用。要达到理想情况，并列运行的变压器要满足以下条件：

（1）并列运行变压器具有相同的联接组别。变压器的接线组别包括2部分的内容：一是变压器一、二次绕组的接线方式，星形接线记为Y或y，三角形接线记为D或d；二是以二次侧线电压与一次侧线电压相位差为度量单位，以时钟0(12)～11的数字表示，每个连续的数字相位差为30°。例如Y、d11表示变压器一次绕组为星形接线、二次绕组为三角形接线，二次侧线电压与一次侧线电压相位差为30°×11=330°。几台并列运行变压器的接线组别必须相同，否则并列运行时会产生环流，有时可能几倍于额定电流，但是由于变压器差动保护、电流速断保护不会动作，从而造成变压器绕组过热，损毁设备。

（2）并列运行变压器的电压比相同，或具有相近的分接范围。若并列运行变压器变比不同，则会在二次侧产生电势差，从而出现环流，环流的方向一般为从变比小的变压器流向变比大的变压器，环流主要是感性负荷，呈感性。由于环流的存在，变比小的变压器绕组电流增加，而变比大的变压器绕组电流减少。当变比小的变压器满负荷运行时，变比大的变压器为欠负荷运行；当变比大的变压器满负荷运行时，变比小的变压器为过载运行，这样就会造成变压器的总容量不能充分的利用。变压器的环流不是负荷电流，却占用了变压器的容量，因此降低了输出功率，增加了损耗。为了保证变压器并联运行时空载环流不超过额定电流的10%。通常规定并联运行的变压器变比差值百分数ΔK≤1%。

2 阻抗不同的变压器并联运行情况分析

阻抗电压是将变压器的二次绕组短路，使一次绕组电压慢慢加大，当二次绕组的短路电流达到额定电流时，一次绕组所施加的电压（短路电压）与额定电压的比值百分数。同容量的变压器，阻抗电压小的成本低，效率高，价格便宜，另外运行时的压降及电压变动率也小，电压质量容易得到控制和保证。因此从电网的运行角度考虑，希望阻抗电压小一些好。但从变压器限制短路电流条件考虑，则希望阻抗电压大一些好，以免电气设备（如断路器、隔离开关、电缆等）在运行中经受不住短路电流的冲击而损坏。

忽略励磁电流，采用简化等效电路，而且把原边归算到副边，假设有2台变压器并联运行，而且已满足变比相等和联结组相同2个条件。图1表示这2台变压器并联时的简化等效电路。

图1 变压器并联运行简化等效电路图

由于一般变压器中电阻和电抗的比值很接近，可得：

即：

两边分别除以额定电流得：

上式等号右边分子、分母除以额定电压UN=UN1=UN2，并令 β1=I1/IN1，β2=I2/IN2，可得：

即每台变压器的负载系数和阻抗电压成反比。可知，当2台变压器的短路阻抗相等时，负荷在2台变压器上的分配是与变压器的容量成正比，这是理想的负荷分配情况。当2台变压器的短路阻抗不相等时，阻抗电压较大的变压器负荷占额定容量百分比较小，当这台变压器满负荷运行时，另一台阻抗较小的变压器就会过载运行。但是变压器长期过载运行是不允许的，因此就只能让阻抗电压大的变压器欠负荷运行，这样就限制了总的输出功率，增大了能量损耗，不能保证变压器的经济运行。

3 阻抗不同的变压器并列运行经济性分析

以湖南省某500kV变电站主变扩建工程为例，该站原有1台总容量750MVA、高中压侧单相容量为250MVA、阻抗电压为U1-2%=12的单相自耦无励磁调压变压器(S1)，现计算不同阻抗电压，不同容量的变压器(S2)与其并列运行所产生的情况。

（1）容量 1000MVA，阻抗电压为 U1-2%（1）=12 的变压器：

当S1满载时，S2的负载比率为1，所带的总功率为：

（2）容量 1000MVA，阻抗电压为 U1-2%（2）=18 的变压器：

当S1满载时，S2的负载比率为66%，所带的总功率为：

（3）容量 1000MVA，阻抗电压为 U1-2%（3）=24 的变压器：

当S1满载时，S2的负载比率为50%，所带的总功率为：

（4）容量 1500MVA，阻抗电压为 U1-2%（4）=18 的变压器：

当S1满载时，S2的负载比率为66%，所带的总功率为：

由以上4种情况可以看出，当选取的变压器容量一定时，随着阻抗电压的增加，2台变压器所能供带的总负荷不断减少，即变压器的利用率越来越低。若在保持阻抗电压不变的情况下，要增加2台变压器的总输出功率，就必须增大新上变压器的容量，这也使变压器的利用率降低。因此，为降低因阻抗压相差过大产生的变压器负荷电流严重分配不均，造成变压器容量不能充分发挥，《变压器安全运行规程》规定并列运行的变压器阻抗电压相差不能超过10%。

4 结束语

由上可知，几台相同接线组别、相同电压比的变压器并列运行时，要使变压器容量利用率最大，就要求变压器的阻抗电压一致，此时经济效益最大。但在实际生产中，由于短路电流等条件的限制，并列运行的变压器往往阻抗电压不一致，这就造成了部分变压器重负载、部分变压器轻负载同时运行的情况。随着近些年各电压等级的变电站主变扩建工程越来越多，必须要提高变压器容量的利用率，避免浪费，提高运行效率。在此提出2条合理性建议：

（1）合理规划。在变电工程建设前期，要充分考虑该站供电范围内的负荷增长、短路电流数值大小、负荷分配等情况，考虑远景安排，选取合适的变压器。

（2）适当改变主变运行方式。若阻抗电压不同的变压器并列运行，可以根据出线潮流和变压器容量，综合考虑远景变压器台数、供电可靠性、变压器的损耗等条件，适时将变压器分列运行，以获取更好的经济运行方式。