变压器并列运行的条件浅析

变压器并列运行的条件浅析

      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，在运行中通常将两台或以上变压器并列运行。变压器并列运行，就是将两台或以上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。其意义是：当一台变压器发生故障时，并列运行的其它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，既能保证变压器的计划检修，又能保证不中断供电，提高供电的可靠性。又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电流，改善电网的功率因数，提高系统的经济性。
　　
　　变压器并列运行最理想的运行情况是：当变压器已经并列起来，但还没有带负荷时，各台变压器之间应没有循环电流；同时带上负荷后各台变压器能合理地分配负荷，即应该按照它们各自的容量比例来分担负荷。因此，为了达到理想的运行情况，变压器并列运行时必须满足下面一个条件：
　　
　　(1)各台变压器的电压比(变比)应相同；
　　
　　(2)各台变压器的阻抗电压应相等；
　　
　　3)各台变压器的接线组别应相同。
　　
　　下面分析变压器并列运行条件中某一条件不符合时产生的不良后果：
　　
　　(一)电压比(变比)不相同的变压器并列运行：
　　
　　由于三相变压器和单相变压器的原理是相同的，为了便于分析，以两台单相变压器并列运行为例来分析。由于两台变压器原边电压相等，电压比不相等，副边绕组中的感应电势也就不相等，便出现了电势差△e。在△e的作用下，副边绕组内便出现了循环电流ic。当两台变压器的额定容量相等时，即sni=snii。循环电流为：
　　ic=△e/(zdi＋zdii)
　　式中zdi——表示第一台变压器的内部阻抗
　　zdii——表示第二台变压器的内部阻抗
　　
　　如果zd用阻抗电压uzk表示时，则
　　
　　zd=uzk*un/100in
　　
　　式中un表示额定电压(v)，in表示额定电流(a)
　　
　　当两台变压器额定容量不相等时，即sni≠snii，循环电流ic为：
　　
　　ic=α＊ii/[uzki＋(uzkii/β)>
　　
　　式中：uzki——表示第一台变压器的阻抗电压
　　
　　uzkii——表示第二台变压器的阻抗电压
　　
　　ini＜inii
　　
　　α——用百分数表示的二次电压差
　　
　　ii——变压器i的副边负荷电流
　　
　　根据以上分析可知：在有负荷的情况下，由于循环电流ic的存在，使变比小的变压器绕组的电流增加，而使变比大的变压器绕组的电流减少。这样就造成并列运行的变压器不能按容量成正比分担负荷。如母线总的负荷电流为i时(i=ini＋inii)，若变压器i满负荷运行，则变压器ii欠负荷运行；若变压器ii满负荷运行，则变压器i过负荷运行。由此可见，当变比不相等的变压器并列运行时，由于循环电流ic的存在，变压器不能带满负荷，使总容量不能充分利用。
　　
　　又由于变压器的循环电流不是负荷电流，但它却占据了变压器的容量，因此降低了输出功率，增加了损耗。当变比相差很大时，可能破坏变压器的正常工作，甚至使变压器损坏。为了避免因变比相差过大产生循环电流ic过大而影响并列变压器的正常工作，规定变比相差不宜大于0.5。
　　
　　二)阻抗电压不等时变压器并列运行：
　　
　　因为变压器间负荷分配与其额定容量成正比，而与阻抗电压成反比。也就是说当变压器并列运行时，如果阻抗电压不同，其负荷并不按额定容量成比例分配，并列变压器所带的电流与阻抗电压成反比，即ii/iii=uzkii/uzki或uzkiiii=uzkiiiii，设两台变压器并列运行，其容量为sni，snii，阻抗电压为uzi、uzii，则各台变压器的负荷按下式计算：
　　
　　si=[(sni snii)/(sni/uzki snii/uzkii)>＊(sni/uzki)
　　
　　sii=[(sni snii)/(sni/uzki snii/uzkii)>＊(snii/uzkii)
　　
　　即s△i/sii=(sni＊uzkii)/(snii＊uzki)
　　
　　根据以上分析可知：当两台阻抗电压不等的变压器并列运行时，阻抗电压大的分配负荷小，当这台变压器满负荷时，另一台阻抗电压小的变压器就会过负荷运行。变压器长期过负荷运行是不允许的，因此，只能让阻抗电压大的变压器欠负荷运行，这样就限制了总输出功率，能量损耗也增加了，也就不能保证变压器的经济运行。所以，为了避免因阻抗电压相差过大，使并列变压器负荷电流严重分配不均，影响变压器容量不能充分发挥，规定阻抗电压不能相差10。
　　
　　(三)接线组别不同的变压器并列运行：
　　
　　变压器的接线组别反映了高低侧电压的相应关系，一般以钟表法来表示。当并列变压器电压比相等，阻抗电压相等，而接线组别不同时，就意味着两台变压器的二次电压存在着相角差α和电压差△u，在电压差的作用下产生循环电流ic：
　　
　　ic=△e/(zdi zdii)
　　
　　如果以α角表示绕组组别不同的变压器线电压之间的夹角，而zd用uzk表示时，循环电流可用下式表示：
　　
　　ic=2u1sin(α/2)/(zdi zdii)=200sin(α/2)/[uzk1/in1 uzk2/in2>
　　
　　如果in1=in2=in,uzk1=uzk2=uzk,则上式变为：
　　
　　ic=100sin(α/2)/uzk
　　
　　式中in、uzk可用任一台变压器额定电流和阻抗电压。
　　
　　假设两台变压器变比相等，阻抗电压相等，而其接线组别分别为y/y0—12和y/△—11，则由接线组别可知，当α=360°－330°=30°,uzk=(5～6)ic=100sin(α/2)/uzk得ic=(4～5)in，即循环电流时额定电流的4～5倍，分析可知接线组别不同的两台变压器并列运行，引起的循环电流有时与额定电流相当，但其差动保护、电流速断保护均不能动作跳闸，而过电流保护不能及时动作跳闸时，将造成变压器绕组过热，甚至烧坏。
　　
　　由以上分析可知，如果电压比(变比)不相同，两台变压器并列运行将产生环流，影响变压器的出力。如果百分阻抗不相等，则变压器所带的负荷不能按变压器的容量成比例分配，阻抗小的变压器带的负荷大，阻抗大的变压带的负荷反而小，也影响变压器的出力。变压器并列运行常常遇到电压比(变比)、百分阻抗不完全相同的情况，可以采用改变变压器分接头的方法来调整变压器阻抗值。若第三个条件不满足将引起相当于短路的环流，甚至烧毁变压器；因此，接线组别不同的变压器不能并列运行。一般情况下，如果需将接线组别不同的变压器并列运行，就应根据接线组别差异不同，采取将各相异名、始端与末端对换等方法，将变压器的接线化为相同接线组别才能并列运行。
　　
　　根据运行经验，两台变压器并列，其容量比不应超过3：1。因为不同容量的变压器阻抗值较大，负荷分配极不平衡；同时从运行角度虑，当运行方式改变、检修、事故停电时，小容量的变压器将起不到备用的作用。