趙睿臣

蘭州電力技術(shù)學(xué)院（蘭州電力學(xué)校） 730050

變壓器的并列運(yùn)行分析

趙睿臣

蘭州電力技術(shù)學(xué)院（蘭州電力學(xué)校） 730050

在現(xiàn)代的發(fā)電廠和變電站中，幾乎都采用兩臺(tái)及以上變壓器并聯(lián)運(yùn)行，無(wú)論從技術(shù)還是經(jīng)濟(jì)的合理性看都是有必要的。

并列運(yùn)行

變壓器并列運(yùn)行有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，如果其中一臺(tái)變壓器發(fā)生故障或需要檢修，那么另幾臺(tái)變壓器可分擔(dān)它的負(fù)載繼續(xù)供電，從而提高了供電的可靠性。

2）可以提高變壓器并聯(lián)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，根據(jù)負(fù)載的變化，可調(diào)整投入運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，減少能量損耗；

3）隨著電量的逐步增加，逐漸增加變壓器，分期安裝新增變壓器，可以減少初次投資，并可減少備用容量。

實(shí)際中經(jīng)常需要變壓器并聯(lián)運(yùn)行，為保證變壓器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件進(jìn)行探討。

1 變壓器并聯(lián)運(yùn)行的條件

并不是所有變壓器都能并列運(yùn)行，變壓器并列運(yùn)行有一定的要求，應(yīng)滿足如下的條件：

（1）各并聯(lián)變壓器的原邊額定電壓、副邊額定電壓應(yīng)分別相等，即變比相等。

（2）各并聯(lián)變壓器的連接組別應(yīng)相同。

（3）各并聯(lián)變壓器的短路阻抗標(biāo)幺值應(yīng)相等，短路阻抗角應(yīng)相等。

除滿足以上條件外，并列運(yùn)行變壓器的容量比一般不宜超過(guò)3:1。上述并列條件中前兩個(gè)條件保證了變壓器空載運(yùn)行時(shí)繞組內(nèi)不會(huì)有環(huán)流，第三個(gè)條件保證了負(fù)載分配與容量成正比。

2 變壓器并聯(lián)條件的分析

2.1 變比不等時(shí)變壓器并聯(lián)運(yùn)行

當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行變壓器的連接組別相同、阻抗電壓標(biāo)幺值相同、變比不等，

既：kI≠kII。兩臺(tái)變壓器空載時(shí)，副邊圖所回示路。就

環(huán)流的大小為：

式中UIN、UIIN分別為兩臺(tái)變的副邊額定電壓。

ZKI、ZKII分別為兩臺(tái)變折算到副邊的短路阻抗。

根據(jù)磁勢(shì)平衡關(guān)系，此時(shí)，原邊不僅僅有空載電流，還會(huì)增加一個(gè)與副邊還流相平衡的原邊環(huán)流。由于短路阻抗很小，即使電壓差很小，也能產(chǎn)生很大的環(huán)流。在環(huán)流的作用下，影響變壓器容量的合理利用，所以并聯(lián)變壓器變比相差必須限制在 之內(nèi)。

例有兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，連接組別均為Y，d11，其額定容量SI＝5600KVA，變比KI＝6.0/3.05KV；SII＝3200KVA，變比K＝6.0/3.0KV，Z*＝Z*＝

IIKIKII0.55。根據(jù)參數(shù)得I2NI＝612（A），I2NII＝355.6（A），副邊的環(huán)流I2C＝67.7（A）。環(huán)流占額定電流的百分比為：第一臺(tái)11.1%，第二臺(tái)19%。

由上例可以看出，并聯(lián)變壓器的變比不同，產(chǎn)生的環(huán)流占小容量變壓器額定電流的19%。變壓器空載時(shí)有這么大的環(huán)流，顯然是不允許的。因?yàn)樗紦?jù)了變壓器的容量，增大了變壓器的損耗，不能使所有并聯(lián)變壓器都帶上額定負(fù)荷，結(jié)果使變壓器的總?cè)萘康貌坏匠浞值美茫焕谧儔浩鞯慕?jīng)濟(jì)運(yùn)行。負(fù)載時(shí)每臺(tái)變壓器的實(shí)際電流，分別為各自負(fù)載電流與環(huán)流的合成。由于環(huán)流的存在，使變比小的變壓器電流大，可能過(guò)載；變比大的變壓器電流小，可能欠載。限制了變壓器的輸出功率，使總?cè)萘康貌坏匠浞值睦谩?/p>

2.2 連接組別不同時(shí)變壓器的并聯(lián)運(yùn)行

當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行變壓器的變比和阻抗電壓相同，連接組別不同時(shí)，變壓器并聯(lián)運(yùn)行的回路中會(huì)產(chǎn)生環(huán)流。如兩臺(tái)變壓器的連接組別分別為Y，y12和Y，d11。兩臺(tái)變壓器的原邊接在同一母線上，相對(duì)應(yīng)的一次線電壓相位是相同的，其二次側(cè)相對(duì)應(yīng)的線電壓則有30°的相位差。如下圖所示

由于兩臺(tái)變壓器的二次線電壓大小相同，所以變壓器二次回路的電壓差為：

ΔU＝U1ab－U2ab＝2U2absin30°/2＝ 0.52U2ab；其它兩相情況也類(lèi)似。由此可見(jiàn)，在ΔU的作用下，并列運(yùn)行變壓器的二次側(cè)繞組內(nèi)雖然沒(méi)有接負(fù)載，但在回路中也會(huì)出現(xiàn)幾倍于額定電流的環(huán)流，這個(gè)環(huán)流會(huì)燒壞變壓器。因此連接組別不同時(shí)變壓器絕對(duì)不能并聯(lián)運(yùn)行。

2.3 阻抗電壓標(biāo)幺值不等時(shí)變壓器并聯(lián)運(yùn)行

（1）阻抗電壓角相等而阻抗電壓標(biāo)幺值不等的并聯(lián)運(yùn)行

當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行變壓器的連接組別和變比相同，而阻抗電壓標(biāo)幺值不等時(shí)，變壓器二次回路不會(huì)有環(huán)流，但是會(huì)影響兩臺(tái)間的負(fù)載分配。由于負(fù)載分配與阻抗電壓的標(biāo)幺值成反比，也就是阻抗電壓標(biāo)幺值小的變壓器分配的負(fù)載大，如果這臺(tái)變壓器的容量小，則將首先達(dá)到滿載，而另一臺(tái)變壓器的容量沒(méi)有被充分利用。如圖所示的兩并聯(lián)臺(tái)變壓器簡(jiǎn)化的等值電路

由圖可以得出：

從而

將式（1）與式（2）相比得：

即

式中 II*、III*分別為兩臺(tái)變壓器負(fù)載電流的標(biāo)幺值；

ZKI*、ZKII*分別為兩臺(tái)變壓器短路阻抗的標(biāo)幺值；

式（3）說(shuō)明，負(fù)載電流的標(biāo)幺值與阻抗電壓的標(biāo)幺值成反比。由于阻抗電壓標(biāo)幺值不相等，所以負(fù)載電流的標(biāo)幺值也不相等。并且阻抗電壓標(biāo)幺值不等的變壓器并聯(lián)運(yùn)行，影響負(fù)載的分配，不能達(dá)到滿載。

例如兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其連接組別標(biāo)號(hào)和電壓比均相同，SNI=1000KVA,

UKI= 5.5 % ；SNII=1600KVA,UKII=6.5%。由以上參數(shù)計(jì)算可得：第一臺(tái)變壓器所分擔(dān)的容量SI=1104(KVA)，第二臺(tái)分擔(dān)的容量SII=1496(KVA)?？梢钥闯龅谝慌_(tái)變壓器過(guò)載10.4%，第二臺(tái)變壓器欠載6.5%。

可見(jiàn)，如果并聯(lián)運(yùn)行變壓器短路電壓不相等，當(dāng)短路電壓數(shù)值小的變壓器過(guò)載時(shí)，短路電壓數(shù)值大的變壓器會(huì)欠載。而變壓器長(zhǎng)期過(guò)載是不允許的，為使負(fù)載分配合理，向負(fù)載提供最大輸出功率的運(yùn)行情況只能是：阻抗電壓標(biāo)幺值小的那臺(tái)變壓器滿載運(yùn)行而其他變壓器都欠載運(yùn)行。這樣變壓器的容量得不到充分利用，是不經(jīng)濟(jì)的。

（2）阻抗電壓標(biāo)幺值相等而短路阻抗角不等的并聯(lián)運(yùn)行

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，多臺(tái)變壓器需要并聯(lián)運(yùn)行，為保證變壓器的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須滿足上述的并聯(lián)條件，在實(shí)際工作中，對(duì)變比要求應(yīng)特別注意。

[1]謝明琛,張廣益主編.電機(jī)學(xué).重慶大學(xué)出版社

[2]羅慰擎.電機(jī)學(xué).中國(guó)水利電力出版社

[3]葉水音.電機(jī)學(xué).中國(guó)電力出版社

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.19.033

變壓器并列運(yùn)行，是指兩臺(tái)或兩臺(tái)以上變壓器一次側(cè)繞組都接在某一電壓等級(jí)的公共母線上，而各變壓器的二次繞組也都接在另一電壓等級(jí)的公共母線上，共同向負(fù)載供電的運(yùn)行方式。如圖所示。