电网运行方式改变引起的变压器环流问题分析

引言

110kV及以上变电站两台三绕组变压器的并列运行操作,是调度运行及变电站值班人员经常遇到的问题。通常变压器并列运行应满足以下规定条件:（1）连接组别相同:（2）电压比相等:（3）短路电压相等。上述并联运行条件中,前两条是保证变压器空载时绕组内不会有环流,第三条是保证负荷分配与容量成正比。考虑到不同容量的变压器,其短路电压值（短路阻抗）是不相同的,同一类型的变压器容量小的短路电压相对偏小,因此,对变压器容量比有一定的要求。但在实际运行中,调度运行单位曾发现几起并联运行的变压器因运行方式变化造成逆向环流的情况,一次设备(如主变、断路器等）运行存在隐患,并影响电量的表计测量,引起市县两级电量的补退问题。

当两台变压器高、低压侧(或高、中压侧）并列运行,而中压(或低压）侧负荷全部由其中一台主变带时(分开运行）,两台变压器的负荷分配将出现不对称现象,并且结合中低压侧出线负荷比例的变化,这一不对称程度会进一步加大,从而使变电站在某种运行方式下产生环流问题。

本文结合调度运行实际操作中的实例,分析两台三绕组变压器并列运行过程中的负荷分配情况及环流产生的原因,并提出如何消除或避免不必要环流产生的思路和方法。

1变压器运行环流产生的原因分析

某110kV变电站有两台三绕组变电器,变电站主接线图如图1所示。

此站正常运行方式如图所示,为#1变带中压侧负荷、#2变带低压侧负荷运行,此时35kV母线负荷较轻:#2主变512开关带站内10kV所有负荷且出线负荷较大。当合上#2主变312开关,311开关、301开关负荷电流迅速增大且312开关出现逆向电流（即由35kV侧经312开关及#2主变中压侧绕组向#2主变低压侧负荷供电）。在此运行方式下,该站一次接线等值电路图如图2所示。

根据电压UAE=UBE,则有:

由公式（2）（3）可以看出:两台主变中压侧并列后的电流112、122不仅与本侧负荷电流12有关,还受10kV侧负荷电流123的影响。

（1）当变电站低压侧负荷较重、中压侧较轻近于空载,即123较大,12近似于0,则有122≈-112:即:当合上312开关时,流过311开关的电流远远大于中压侧负荷电流12,且母联开关301电流迅速增大,#1主变所供电流经311开关穿越中压侧母线、301、312开关并经#2主变流入低压侧为10kV侧负荷供电形成环流。

（2）当变电站中压侧分列、低压侧并列运行且所带负荷中重低轻,如图3所示,则两台主变低压并列侧负荷电流113、123不仅与本侧负荷电流11有关,而且受35kV侧电流112、122影响。

经过进一步的推导分析得出:

因中压侧负荷较大,#1主变电流经511开关穿越低压侧母线、512开关并经#2主变升压进入中压侧为35kV侧负荷供电。此时,#2主变中低压绕组电流反向,改为升压变运行方式,给主变运行带来一定隐患,另外,#2变512开关中存在逆向电流,造成511、512开关的表计重复测量,电量计费空增。

（3）如果将两台主变中压侧阻抗近似为Z12=Z22=0,则112=（12+123）/2:122=（12-123）/2:可见112为本侧负荷电流的一半与#1主变10kV侧负荷电流的一半之和,而122为本侧负荷电流的一半与#1主变负荷电流的一半之差,若中低压侧负荷电流相等,即12=123,则#2主变312开关负荷电流为零。

因此,当中低压侧均为分列运行,则由方式决定不会出现环流:当中低压侧并列运行时两侧负荷相差较小,则不易产生环流:当中压侧负荷小于低压侧负荷时,环流出现,且相差越大,环流越大。

2判别及消除环流方法

由上述分析可知,两台变压器并列运行,中（低）压侧并列,低（中）压侧分列且由一台主变带负荷时均有环流的存在且产生原因主要有:（1）运行方式:（2）中低压侧负荷分配不均。

变电站运行方式调整后,是否会有穿越环流的存在及如何判断避免?本文将使用压降法来进一步分析和探讨。

（1）仍以图2为例分析,当变电站采用上述中压侧并列而低压分开运行,且负荷中压侧轻、低压侧重时,311、301、312开关内可能会存在环流,产生环流的临界条件为合上312开关但其中电流122=0:

由lAE=lCE得出:

根据式（7）可知:产生穿越环流时两侧负荷电流之间与并列运行的两台主变阻抗参数有关并成比例,故不产生环流的条件为:

（2）同理可知,变电站中压分列、低压侧并列且负荷中重低轻方式下不产生环流条件为:

因此,调度值班员可根据负荷情况及主变参数方便地推算变电站运行方式调整后是否会有穿越环流,并通过调整两侧负荷或运行方式来避免不必要环流的出现。

3结论

（1）当两台三绕组变压器一侧分列运行,另一侧并列运行,尤其是分列运行侧负荷电流相差较大时,两台变压器并列侧负荷电流不平衡,不平衡程度由分列运行侧负荷电流大小决定。

（2）对于三绕组变压器的并列运行,除了要考虑变压器参数外,还应对负荷的分布情况充分考虑,避免由于中低压侧负荷分配不均造成主变的环流现象。

（3）如果设备条件允许,则中低压侧负荷较大的一侧先采用并列运行方式,避免环流出现。

（4）调度值班员在进行方式调整前,可利用本文公式（8）（9）计算分析主变电抗与中低压侧负荷及运行方式情况,以此作为主变并列后是否产生环流的理论依据。