淺議變壓器并列運行的條件

變壓器是電力網中的重要電氣設備，由于連續運行的時間長，為了使變壓器安全經濟運行及提高供電的可靠性和靈活性，在運行中通常將兩臺或以上變壓器并列運行。變壓器并列運行，就是將兩臺或以上變壓器的一次繞組并聯在同一電壓的母線上，二次繞組并聯在另一電壓的母線上運行。其意義是：當一臺變壓器發生故障時，并列運行的其它變壓器仍可以繼續運行，以保證重要用戶的用電；或當變壓器需要檢修時可以先并聯上備用變壓器，再將要檢修的變壓器停電檢修，既能保證變壓器的計劃檢修，又能保證不中斷供電，提高供電的可靠性。又由于用電負荷季節性很強，在負荷輕的季節可以將部分變壓器退出運行，這樣既可以減少變壓器的空載損耗，提高效率，又可以減少無功勵磁電流，改善電網的功率因數，提高系統的經濟性。
　　
　　變壓器并列運行最理想的運行情況是：當變壓器已經并列起來，但還沒有帶負荷時，各臺變壓器之間應沒有循環電流；同時帶上負荷后各臺變壓器能合理地分配負荷，即應該按照它們各自的容量比例來分擔負荷。因此，為了達到理想的運行情況，變壓器并列運行時必須滿足下面一個條件：
　　
　　(1)各臺變壓器的電壓比(變比)應相同；
　　
　　(2)各臺變壓器的阻抗電壓應相等；
　　
　　(3)各臺變壓器的接線組別應相同。
　　
　　下面分析變壓器并列運行條件中某一條件不符合時產生的不良后果：
　　
　　(一)電壓比(變比)不相同的變壓器并列運行：
　　
　　由于三相變壓器和單相變壓器的原理是相同的，為了便于分析，以兩臺單相變壓器并列運行為例來分析。由于兩臺變壓器原邊電壓相等，電壓比不相等，副邊繞組中的感應電勢也就不相等，便出現了電勢差△e。在△e的作用下，副邊繞組內便出現了循環電流ic。當兩臺變壓器的額定容量相等時，即sni=snii。循環電流為：
　　ic=△e/(zdi＋zdii)
　　式中zdi——表示第一臺變壓器的內部阻抗
　　zdii——表示第二臺變壓器的內部阻抗
　　
　　如果zd用阻抗電壓uzk表示時，則
　　
　　zd=uzk*un/100in
　　
　　式中un表示額定電壓(v)，in表示額定電流(a)
　　
　　當兩臺變壓器額定容量不相等時，即sni≠snii，循環電流ic為：
　　
　　ic=α＊ii/[uzki＋(uzkii/β)]
　　
　　式中：uzki——表示第一臺變壓器的阻抗電壓
　　
　　uzkii——表示第二臺變壓器的阻抗電壓
　　
　　ini＜inii
　　
　　α——用百分數表示的二次電壓差
　　
　　ii——變壓器i的副邊負荷電流
　　
　　根據以上分析可知：在有負荷的情況下，由于循環電流ic的存在，使變比小的變壓器繞組的電流增加，而使變比大的變壓器繞組的電流減少。這樣就造成并列運行的變壓器不能按容量成正比分擔負荷。如母線總的負荷電流為i時(i=ini＋inii)，若變壓器i滿負荷運行，則變壓器ii欠負荷運行；若變壓器ii滿負荷運行，則變壓器i過負荷運行。由此可見，當變比不相等的變壓器并列運行時，由于循環電流ic的存在，變壓器不能帶滿負荷，使總容量不能充分利用。
　　
　　又由于變壓器的循環電流不是負荷電流，但它卻占據了變壓器的容量，因此降低了輸出功率，增加了損耗。當變比相差很大時，可能破壞變壓器的正常工作，甚至使變壓器損壞。為了避免因變比相差過大產生循環電流ic過大而影響并列變壓器的正常工作，規定變比相差不宜大于0.5%。
　　
　　(二)阻抗電壓不等時變壓器并列運行：
　　
　　因為變壓器間負荷分配與其額定容量成正比，而與阻抗電壓成反比。也就是說當變壓器并列運行時，如果阻抗電壓不同，其負荷并不按額定容量成比例分配，并列變壓器所帶的電流與阻抗電壓成反比，即ii/iii=uzkii/uzki或uzkiiii=uzkiiiii，設兩臺變壓器并列運行，其容量為sni，snii，阻抗電壓為uzi、uzii，則各臺變壓器的負荷按下式計算：
　　
　　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)
　　
　　根據以上分析可知：當兩臺阻抗電壓不等的變壓器并列運行時，阻抗電壓大的分配負荷小，當這臺變壓器滿負荷時，另一臺阻抗電壓小的變壓器就會過負荷運行。變壓器長期過負荷運行是不允許的，因此，只能讓阻抗電壓大的變壓器欠負荷運行，這樣就限制了總輸出功率，能量損耗也增加了，也就不能保證變壓器的經濟運行。所以，為了避免因阻抗電壓相差過大，使并列變壓器負荷電流嚴重分配不均，影響變壓器容量不能充分發揮，規定阻抗電壓不能相差10%。
　　
　　(三)接線組別不同的變壓器并列運行：
　　
　　變壓器的接線組別反映了高低側電壓的相應關系，一般以鐘表法來表示。當并列變壓器電壓比相等，阻抗電壓相等，而接線組別不同時，就意味著兩臺變壓器的二次電壓存在著相角差α和電壓差△u，在電壓差的作用下產生循環電流ic：
　　
　　ic=△e/(zdi+zdii)
　　
　　如果以α角表示繞組組別不同的變壓器線電壓之間的夾角，而zd用uzk表示時，循環電流可用下式表示：
　　
　　ic=2u1sin(α/2)/(zdi+zdii)=200sin(α/2)/[uzk1/in1+uzk2/in2]
　　
　　如果in1=in2=in,uzk1=uzk2=uzk,則上式變為：
　　
　　ic=100sin(α/2)/uzk
　　
　　式中in、uzk可用任一臺變壓器額定電流和阻抗電壓。
　　
　　假設兩臺變壓器變比相等，阻抗電壓相等，而其接線組別分別為y/y0—12和y/△—11，則由接線組別可知，當α=360°－330°=30°,uzk%=(5～6)%ic=100sin(α/2)/uzk得ic=(4～5)in，即循環電流時額定電流的4～5倍，分析可知接線組別不同的兩臺變壓器并列運行，引起的循環電流有時與額定電流相當，但其差動保護、電流速斷保護均不能動作跳閘，而過電流保護不能及時動作跳閘時，將造成變壓器繞組過熱，甚至燒壞。
　　
　　由以上分析可知，如果電壓比(變比)不相同，兩臺變壓器并列運行將產生環流，影響變壓器的出力。如果百分阻抗不相等，則變壓器所帶的負荷不能按變壓器的容量成比例分配，阻抗小的變壓器帶的負荷大，阻抗大的變壓帶的負荷反而小，也影響變壓器的出力。變壓器并列運行常常遇到電壓比(變比)、百分阻抗不完全相同的情況，可以采用改變變壓器分接頭的方法來調整變壓器阻抗值。若第三個條件不滿足將引起相當于短路的環流，甚至燒毀變壓器；因此，接線組別不同的變壓器不能并列運行。一般情況下，如果需將接線組別不同的變壓器并列運行，就應根據接線組別差異不同，采取將各相異名、始端與末端對換等方法，將變壓器的接線化為相同接線組別才能并列運行。
　　
　　根據運行經驗，兩臺變壓器并列，其容量比不應超過3：1。因為不同容量的變壓器阻抗值較大，負荷分配極不平衡；同時從運行角度慮，當運行方式改變、檢修、事故停電時，小容量的變壓器將起不到備用的作用。
　　
　　參考文獻
　　
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　　[2]韓忠民，《變壓器連接組》，機械工業出版社
　　
　　[3]鄭時伊、趙可蓋等，《電氣工程師手冊·第10篇·變壓器》，機械工業出版社