吴忠供电局110kVX变电站主变并列运行环流分析

摘要：在两台短路电压不同、运行电压不同的变压器并列运行时，由于在10kV侧绕组电压的差异，导致环流的产生。本文通过对宁夏吴忠供电局110kVX变电站实际运行中出现的问题展开分析、计算，确定了导致主变电源侧与负荷侧CT绕组有功功率差异很大的原因，并且通过与运行数据比对，估算了循环电流的大小。

关键词：主变 并列运行 循环电流 有功功率

变压器并列运行是提高变电站供电可靠性、增大供电容量以及降低损耗的有效途径。目前，变压器并列需遵循几个前提条件：①接线绕组组别相同；②电压变比相同，其最大差值不得超过±5%；③短路电压差相等，其最大差值不得超过±5%。变压器并列的控制方法也以主—从跟踪法为主，即认定了主变压器的分接位置改变后，其他变压器的分接位置也被调整到相同位置。[1-3]

宁夏吴忠供电局110kVX变电站进行主变扩容、更换工程，当新安装的40MVA主变投运后，并与原有20MVA主变短时并列运行时，二次维护人员对保护、测量、计量二次绕组电流进行了测量，进行功率分析时发现在主变高压侧与中、低压侧的有功功率差异较大，因此提出了问题。

1、变压器并列运行的条件

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；当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条件：

⑴各台变压器的变比应相同，差值不超过0.5%；

⑵各台变压器的阻抗电压应相等，差值不超过± 10%；

⑶各台变压器的接线绕组组别应相同；

⑷两台变压器容量之比不宜超过3：1。

2、宁夏吴忠供电局110kVX变电站#1、#2变压器并列运行的循环电流分析

2.1宁夏吴忠供电局110kVX变电站改造过渡期间运行方式

宁夏吴忠供电局110kVX变电站由于负荷扩容的需要，将原有的一台20MVA主变更换为40MVA主变，称为#1主变。2台主变技术参数如下：

#1主变型号SSZ10-40000/110，额定电压110±8×1.25%/38.5±2×2.5%/10.5，额定电流210/600/2099，阻抗电压高—中10.48%中—低6.21%、高—低18.18%CT，变比：高压侧200/5、中压侧600/5低压侧1500/5。

#2主变型号SFS29-20000/110，额定电压110±8×1.5%/38.5±2×2.5%/11，额定电流105/300/1050，阻抗电压高—中10%、中—低6.58%、高—低18%CT，变比：高压侧200/5、中压侧600/5、低压侧1500/5。

在并列运行之前、后分别对2台主变各侧CT的二次绕组进行了电流幅值、向量的测量，具体参数略：

在国内有载调压变压器通常具有17个挡位，对负荷侧电压的调整范围最大为±10%，每档调节的电压相同，因此每档调节的电压为： （ 为负荷侧的额定电压）。该等式说明，在变压器独立运行时，每对其分接开关调整一个挡位，将会对其负荷侧电压产生0.0125 的变化，挡位调整和电压变化是线性、离散的。但是在2台或者更多台变压器并列运行时，其中某一台主变的分接头开关的调整与负荷侧电压的变化不是线性对应的关系。

并列运行时，将#1主变有载分接开关调至“II”档，将#2主变有载分接开关调至“III”档，2#主变在#1主变投运后24小时内110kV侧、35kV侧与10kV侧并列运行，后#2主变由“运行”转“热备”。此后只在倒35kV或10kV负荷时进行短时并列。#1主变电压119.625kV，#2主变电压119.900kV。分别对#1主变投运前、后的各侧功率进行简单计算、分析，发现投运前高压侧输入功率约等于中、低压侧输出功率之和，2台主变并列运行后高压侧输入功率竟然于中、低压侧输出功率之和，于是怀疑是产生了较大的循环电流。

2.2 有功功率的分析

首先进行投运前#2主变高、中、低三侧功率计算，理论上主变高压侧的输入功率应等于中、低压侧输出功率总和，即 。

计算可得 ，

可见，在#2主变单独带负荷时， 。

再计算主变并列运行时功率输入、输出情况。

2.3 循环电流的估算

由于2台主变容量不等，阻抗电压不等，所以带来了计算循环电流的复杂化。当并列运行变压器的接线组别、变比相同而短路电压与额定容量不相等时，变压器二次回路不会有环流，但会影响2台变压器的负荷分配，如果2台主变的额定容量不等，负荷分配会和额定容量成正比，如果阻抗电压不同，其负荷并不按额定容量成比例分配，而是容量小的变压器先达到满负荷，而另一台变压器的容量则没有被充分利用。在35kV侧由于不存在压差，因此循环电流可以忽略。主变高压侧带10kV负荷时，由于10kV二次绕组上的电压分别为10.5kV与11kV，产生了0.5kV的压差，因此产生了由#2主变流向#1主变的环流 ，图1为2台主变并列运行带10kV负荷时的等值简化电路。

虽然上述诸多原因为确认循环电流带来了麻烦，但是还有一个更直接的方式估算循环电流。

这里，2台变压器二次侧的电压差异会形成循环电流，循环电流的驱动电压 ，环路阻抗 （电抗）。因此，形成的循环电流 。无论负荷多大，该循环电流都存在于系统中。它附加在负荷电流上，循环电流导致线损和变压器发热，而对负荷不起任何作用。[4]

由于在一次侧循环电流的存在，此循环电流通过主变各侧CT反映到二次回路上，因此导致了计算有功功率时主变输入、输出有功的差异较大，问题的原因得以找到。

3 结束语

本文通过分析、计算宁夏吴忠供电局110kVX变电站2台主变并列运行时的一个实例，说明了在按照并列运行条件运行的主变环流问题依然比较严重，导致了两台主变不能按照理论合理分配负荷，致使变压器负荷损失加大，发热量增高，成为变电运行中的一个很大隐患。论证了2台主变不宜长时间并列运行，并应更换#2主变，实现以同等容量、变比、短路阻抗与绕组接线方式并列运行。

参考文献：

【1】张儒，胡学鹏，高俊萍，等.电站综合自动化原理与运行.北京：中国电力出版社，2008：153-178.

【2】孙洪斌，吴文传，张伯明，安全约束条件下的全局无功最优控制的仿真研究.电力系统自动化，1999，23（5）：4-8.

【3】KHANKIKIAR V，CHANDRA A. A new control philosophy for a unified power quality condition （UPQC） to coordinate load-reactive power demand between shunt and series inverters. IEEE Trans on Power Delivery，2008，23（4）：2522-2534.

【4】郭镭，陈世国，徐伟，韩安兵，王颖. 变压器并列运行的循环电流控制策略.电力系统自动化，2010，34 （4）：75-80.