容量比超3倍变压器的并列运行分析与试验

吴永杰　李 峰　刘建戈



容量比超3倍变压器的并列运行分析与试验

吴永杰李 峰刘建戈

（江苏省涟水县供电公司，江苏淮安 223400）

本文分析两台变压器接线组别、变比不同时并列运行产生的循环电流，阻抗电压不同时并列运行的负荷分配。根据两变电站的20MVA与6.3MVA的35kV变压器的参数，计算阻抗电压偏差和并列运行时的负荷分配情况。通过现场实测验证了容量比超过3倍的变压器，在满足接线组别、变比相同和阻抗电压偏差条件下可并列运行。

变压器；容量比；循环电流；并列

在变电站中进行单台变压器增容改造时，使原先容量相等或相近的变压器会变成一大一小的情况，当容量比超过3倍时会给运行方式调整和负荷释放带来困难。由于存在变压器容量比超过3倍不能并列运行的要求[1]，当负荷超过大容量变压器时，大容量变压器单独运行时超载，分列运行时小容量变压器超载；需要两台变压器并列运行。电网调度部门坚持容量比超3倍的变压器不能并列运行，致使两台变压器最大供电能力仅等于大容量的变压器，高负荷期间不是变压器重载就是限负荷。因此，容量比超过3倍的变压器如果能并列运行，就可充分释放变压器容量提高利用率，缓解供电瓶颈。

1 变压器并列运行条件分析

1.1 变压器并列运行条件

变压器并列运可满足负荷需求和降低损耗，但并列运行需要符合一定条件。并列运行最佳方式是在同规格同容量变压器情况下，空载时二次侧没有循环电流，按变压器容量大小比例分配负荷，且负荷电流同相位。《电力变压器运行规程》中对变压器并列运行规定了3个条件[2]：

1）接线组别号相同。

2）变压器变比应相等，差值不得超过±0.5%。

3）阻抗电压值偏差小于10%。

其中并没有提到变压器容量比的规定，同样电力行业的变压器运行规程以及调度规程中，关于变压器并列运行都没有涉及容量比问题[3]。因此容量比超过3倍变压器的不能并列运行的说法，需要分析和验证。

1.2 组别及变比不同时变压器并列运行分析

接线组别不一致的变压器并列运行时，会在变压器之间产生循环电流。以两台同容量相接线组别分别为Yyn0和Ydn11的变压器为例，在30°相位差电压作用下，并列运行时变压器回路会出现2.6～5倍额定电流的循环电流。在相位差180°时电压差可达2倍额定电压，产生10～20倍的额定电流，足以烧坏变压器。因此接线组别不同的变压器不能并列运行。

当并列运行变压器的变比不等时，变压器二次侧也会产生电压差，因而产生循环电流。当相差一个档位时电压差为2.5%，循环电流可达额定电流的12.5%～25%；相差2个档位电压差为5%时，循环电流可达额定电流的25%～50%。当不同容量变压器并列运行时，变比产生循环电流对小容量变压器影响更大。循环电流不仅增加了变压器的损耗和发热量，而且还会造成变压器故障[4]。

1.3 阻抗电压不同时变压器并列运行分析

接线组别相同和变比相等的变压器并列运行时，如果阻抗电压不同，就会直接影响到变压器间负荷的分配。两台阻抗电压不同的变压器并列运行，第台变压器负荷分配系数D的计算表达式为

式中，Ni为第台变压器的额定容量；dli%为第台变压器的阻抗电压；N1、N2、dl1i%、d2%为1、2号变压器的额定容量和阻抗电压[5]。

由式（1）可知，变压器的负荷分配系数与变压器容量和阻抗电压有关，各台变压器分配负荷系数之和应为1。当变压器容量相同阻抗电压不同时，负荷分配系数成反比，阻抗电压小的变压器承担负荷多。因此，只有两台变压器的容量与阻抗电压比值相等时，变压器所承担负荷才能按其容量比例 分配。

两台变压器并列运行，所承担负荷容量取决于先达到满载的变压器，其最大允许容量[5]（能承担的总负荷）fi为

式中，fi为最大允许容量；Ni为第台变压器的额定容量；dli%为第台变压器的阻抗电压；N1、N2为1、2号变压器的额定容量[5]。

规程要求两台变压器并列运行时，阻抗电压偏差小于10%。根据式（2）可计算出同容量情况阻抗电压偏差为10%时，两台变压器并列运行时最大允许容量为总容量的95%；阻抗电压偏差为20%时，最大允许容量为总容量的91.5%。容量比为2的两台变压器并列运行时，阻抗电压偏差10%，最大允许容量为总容量的94%；阻抗电压偏差20%时，最大允许容量为总容量的83.3%。因此，两台并列运行变压器阻抗电压偏差为10%以内时，可充分释放容量，随着阻抗电压偏差的增加对总容量的利用率越低，也就失去并列运行的意义。

2 容量比超3倍变压器并列运行分析

当两台变压器的容量比超过3倍时，能否并列运行？理论上只要两台变压器的阻抗电压偏差小于10%，无论容量比是否超过3倍，并列运行时没有循环电流、负荷电流同相位且按容量比例分配都是可以并列运行的。下面以两座变电站变压器容量比超3倍的情况为例进行分析计算。

2.1 变压器参数

甲乙两座变电站存在两台变压器容量比超过3倍的情况，都是1台20MVA和1台6.3MVA的变压器。其参数见表1。

表1 容量比超3倍的变压器参数

根据相关公式计算阻抗电压偏差值、阻抗值和阻抗电压标幺值，结果见表2。

表2 变压器阻抗参数计算

从计算结果看，35kV甲变电站两台变压器的阻抗电压偏差值为1.03%，乙变电站两台变压器的阻抗电压偏差值为4.6%，符合规程要求阻抗电压小于10%的变压器并列运行条件。

2.2 并列分析

变压器并列运行时，阻抗电压值偏小的变压器会“抢”负荷，负荷高峰时会先满载，阻抗电压值偏大的变压器负荷轻，整体变压器容量利用率低。而对于不等容量变压器并列，有容量比一般不宜超过3倍的要求。因为变压器的阻抗电压值是随着容量增加而增大的，容量比超过3倍时，并列变压器的阻抗电压值偏差会出现大于10%的可能性。

甲乙两站的变压器容量比虽然略大于3，但阻抗电压值偏差小于10%，符合规程的并列运行条件。即使阻抗电压值偏差略大于10%，当不产生环流和不使任一台变压器重载时，在负荷高峰期间并列运行也可短期内满足负荷需要。

根据式（1）计算甲乙两站变压器并列时负荷分配情况，每台变压器的负荷分配系数，见表3。

表3 并列运行变压器负荷分配情况

从计算结果看，甲站两台变压器的阻抗电压偏差1.03%较小，负荷分配系数接近占每台变压器占总容量比，因此在95%负荷时两台变压器都没有出现超载情况，而达到两台变压器总容量时，6.3MVA的变压器出现了超载，20MVA的变压器接近满载。乙站两台变压器的阻抗电压偏差4.6%较大，6.3MVA的变压器负荷分配系数超过占总容量比明显，会“抢”负荷的情况；90%负荷时两台变压器都没有出现超载情况，而在95%负荷时6.3MVA的变压器出现超载情况，20MVA的变压器还未满载；达到两台变压器满容量时，6.3MVA的变压器超载7%，20MVA的变压器接近满载。

根据式（2）可计算出甲站两台变压器并列进最大允许容量为25.89MVA，乙站两台变压器并列进最大允许容量为24.53MVA。为避免变压器满载，可按95%负荷率考虑，则甲站两台变压器并列进95%允许容量为24.6MVA，乙站两台变压器并列进最95%允许容量为23.3MVA。

表4 允许容量变压器负荷分配情况

综合上述计算情况，甲变电站和乙变电站的变压器并列运行是理论上可行的。为进一步验证可行性，需要开展并列运行测试。

3 并列运行测试

甲变电站和乙变电站变压器并列运行测试，分别选择负荷较重时进行，并列情况下测试应不小于1h。

3.1 测试注意事项

在进行变压器并列运行前和测试过程中，需要注意以下事项：

1）两台变压器分列运行且运行正常，负荷满足测试要求，无影响运行的缺陷。

2）变压器保护配置正确，两侧开关能可靠动作，遥控分合正常。

3）调整两台变压器档位，使两台变压器低压侧电压一致；并列运行期间，应防止变压器自动调档造成电压差形成环流，应临时封锁电压无功优化系统（VQC）调档。

4）因负荷变化需要调整电压的，在负荷允许的条件下，先分列运行再调档，调档结束后再并列运行。负荷不满足条件时，升档时应先升20MVA的变压器，每次升压不超过1档，然后迅速升6.3MVA的变压器档位。降档时应先降6.3MVA的变压器，每次降压不超过1档，然后迅速降20MVA的变压器档位。

3.2 测试步骤

2016年4月份，安排运行人员在甲乙两座变电站对变压器并列运行进行了测试，调度员在调度台同步记录相关数据。具体测试步骤如下：

1）测试前10min内，运行人员对变压器进行红外测温并记录。

2）合10kV母联开关，在变电站的运行人员注意观察变压器有无响声等异常现象，发现异常立即汇报调度拉开母联开关；调度员注意观察两台变压器两侧及35kV进线的电流和功率情况，分析进线潮流与变压器低压侧潮流是否平衡，当电流差值超过20%时应拉开母联开关。

3）并列运行期间，每隔10min调度员和运行人员分别记录两台变压器两侧及35kV进线的电流和功率。运行人员每20min对变压器进行红外测温并记录。

4）并列运行1h后，结束测试，恢复正常运行方式。

3.3 测试数据及分析

变电站两台变压器电气接线如图1所示。其中甲变电站T1变压器为20MVA，T2变压器为6.3MVA；乙变电站T1变压器为6.3MVA，T2变压器为20MVA。

变压器并列运行前后的视在电流、有功功率及温度测试数据分别见表5、表6、表7。

表5 并列运行前后测试电流数据

表6 并列运行前后有功功率数据

表7 并列运行前后变压器温度

流经两台变压器高压侧的电流是负荷电流和循环电流的叠加，但二者方向不一致，当负荷较轻时，循环电流占主要部分，可近似认为负荷电流的方向与环流方向一致。流过1号变压器的负荷电流为1fh，循环电流为C，流过变压器1DL可用下列式表示[6-7]：

根据上式可分别计算出高低压侧的循环电流，其中甲变电站两台变压器并列后的35kV侧的循环电流为0.78A，10 kV侧的循环电流为0.63A；乙变电站两台变压器并列后的35kV侧的循环电流为0.15A，10kV侧的循环电流为0.72A。循环电流的数值不到1A，可能是电流互感器或测量设备的误差，可以近似忽略不计。与前面的理论分析相符，即并列运行的变压器接线组别和电压一致时不会产生循环电流。

阻抗电压偏差影响负荷按容量分配，甲乙变电站各自两台变压器阻抗电压有一定偏差且容量比超出3倍，其实测负荷分配系数见表8。

表8 变压器实测负荷分配系数

变压器负荷分配系数实测结果与理论计算结果最大相差2‰，即20MAV负荷的分配误差在40VA以内，小于变压器的空载损耗。在并列运行后进行变压器同步测温工作，温度变化与正常承载负荷时一致，印证了并列运行时没有产生循环电流的结论。因此甲变电站在25.89MVA负荷时两台变压器可并列运行，乙变电站在24.53MVA负荷时两台变压器可并列运行。

4 结论

通过对变压器并列运行条件分析，以变压器不产生循环电流和不过载为前提，对容量比超3倍的两台变压器并列运行进行了计算和负荷实测。分析和实测结果表明，容量比超3倍的两台变压器在满足接线组别、电压和阻抗电压偏差的条件下是可以并列运行的。2016年6—8月份迎峰度夏期间，对甲乙两座变电站容的量比超3倍变压器进行了实际并列，运行稳定，满足负荷需求。因此，在阻抗电压偏差小于10%的情况下，理论和实践表明容量比超过3倍的变压器可并列运行。

[1] 胡景生. 电力变压器经济运行[M]. 北京: 中国电力出版社, 1999.

[2] DL/T 572—2010. 电力变压器运行规程[S]

[3] 国家电网公司. 110（66）kV-500kV油浸式变压器（电抗器）运行规程[Z]. 国家电网生技[2005]172号.

[4] 陈清鹤, 郭晓芳, 林捷. 差异参数的220kV有载调压变压器并列运行分析[J]. 电气技术, 2015, 16(2): 101-102, 131.

[5] 刘照林. 不等容量变压器并列运行条件与经济运行方式的确定方法[J]. 山西电力, 2013(4): 40-43.

[6] 赵颖博. 110kV新野变两台主变并列运行可行性分析[J]. 电气技术, 2013, 14(1): 81-83.

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Analysis and Experiment on Parallel Operation of Transformer with Capacity Over 3 Times

Wu Yonjie Li Feng Liu Jiange

(Jiangsu Lianshui Power Supply Company, Huaian, Jiangsu223400)

This paper analysis of two transformer wiring group, the ratio is not the parallel operation of circulating current, impedance voltage and load distribution of parallel operation. According to the parameters of the 35kV transformer of 20MVA and 6.3MVA in two substations, the impedance voltage deviation and the load distribution in parallel operation are calculated. Through field test verified the transformer capacity of more than 3 times, in the same ratio, meet the wiring group and impedance voltage deviation under the condition of parallel operation.

transformer; capacity ratio; circulating current; parallel operation

吴永杰（1981-），男，江苏淮安人，本科，高级工程师，从事电力工程管理工作。