多台变压器并联稳定运行的研究
中国电工技术学会主办，2017年6月21-24日在河北省张北县举办，大会围绕新能源发展战略、系统关键技术、微电网及储能等重要议题展开交流。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
国电南瑞科技股份有限公司的研究人员李家锋、田家运、潘成，在2017年第2期《电气技术》杂志上撰文，以典型110kV变电站两台变压器并联运行后，出现较大环流为实例，分析环流由主变绕组变比误差不同引起，正确的配套变压器可以避免并联运行产生的环流，也减少附加损耗及其他安全事故，确保变压器安全、稳定的运行，同时给变电站变压器的配套选型及维修工作提供很好的借鉴意义。
1 引言
变压器并联运行指两台或两台以上变压器的原边、副边分别接在各自母线上，通过母联开关并联在一起，共同对负载进行供电。并联运行能够提高电能供应的可靠性，减少备用容量，还能够根据负载的大小来调整投入运行的变压器台数，以提高运行效率。
当然并列台数不能太多，因为在单台机组容量太小时会增加损耗，增加投资和成本，使运行操作复杂化。为消除或减少并联变压器回路中所构成的环流，需要并联的变压器必须满足一定的条件。
已投运的变电站在变压器改造或大修时，需要特别注意检查变压器并联运行条件是否完全满足，避免环流的发生。
2 某110kV变电站一次接线图
该110kV变电站本是常规变电站，需进行数字化改造。整个变电站结构较为简单，两条110kV进线，采取内桥接线方式，两台三卷变压器，主变高压侧为节省成本，未安装断路器，三个电压等级分别为110kV、35kV、10kV，35kV母线、10kV母线均采用单母线线分段方式，通过分段开关分、合实现断开和连通。具体如图1所示：
图1 某110kV变电站一次接线简图
3 两台变压器并联后产生环流现象
该站1号变压器处于投运状态，即110kV进线131开关、1号主变中压侧311开关、1号主变低压侧011开关处于合闸位置，投入2号主变并联运行时，出现较大环流现象。
具体过程是，主变中压侧312开关和主变低压侧012开关处于分闸，主变高压侧通过进线102或内桥110供电，2号主变高压侧运行正常，电流很小，几乎为零；在35kV母线分段310开关合闸后，合上2号主变中压侧312开关的瞬间，1号变压器声音骤然增大；在10kV母线分段010开关合闸后，再合上2号主变低压侧012开关，1号主变声音没有明显降低。
观察发现2号主变中压侧和低压侧电流明显高于负荷电流，具体现象为：10kV负荷A相总电流994A，而2号主变低压侧A相采集电流达到1338A；2号主变中压侧A相采集电流达到716A。
经查，2号主变高压侧、桥侧、中压侧、低压侧四侧相位和极性均正常，电流合并单元装置（该装置是针对与数字化输出的电子式互感器连接而在IEC 60044-8中首次定义的，其主要功能是同步采集多路电流互感器/电压互感器输出的数字信号后并按照规定的格式发送给保护、测控等设备。）
采集到的电流正常，监控后台显示遥测量正常；110kV母线和10kV母线电压没有明显变化，属于正常范围之内，但是35kV母线电压采集值达到40.7kV，明显大于正常值。随即断开35kV母线分段310开关，1号主变声音回归正常，主变三侧电流电压恢复正常。
1号主变中压侧电压为38.9kV，2号主变中压侧电压依然处于41.43kV高电压，初步判断问题出现在2号主变中压侧。
两主变解列，全站负荷全部由2号主变来承担，合上110kV进线102开关，断开110kV内桥110开关，合上35kV分段310开关，分别断开1号主变中压侧311开关、低压侧011开关和进线131开关。
操作完毕后，发现只有35kV母线电压偏高，110kV、10kV电压采集正常。由此判断2号变压器本身没有问题，问题出现在两台主变中压侧变比不一致，存在偏差过大的情况。
投入1号主变，退出2号主变。将2号主变高压侧与中压侧变比调到与1号主变相同。再次投运2号主变，此时两台主变中压侧、低压侧负荷都均衡，基本没有环流，运行正常，声音正常。运行过程情况见表1。
表1 运行方式试验数据对比
4 问题分析
变压器并联运行的理想条件需要具备四个条件，即各台变压器之间的变压比相等、连接组别必须相同、阻抗电压相同、短路阻抗角相等。
能够使变压器并联运行形成环流的原因是变压比不相等和连接组别不相同。两台变压器的原边加同一电压，2号变压器的变比小于1号变压器，当两台变压器副边开路时，由于变比小的变压器感应电势高，致使两台变压器副边电压不相等，产生差额电压。
当这两台变压器副边并联于公共母线，不带负荷时，在差额电压的作用下，副边回路将产生环流，根据磁势平衡原理，原边回路也会产生相应的环流。当这两台变压器的副边并联于公共母线并带起负荷时，环流仍然存在，变压器的实际电流是由环流和负载分量两部分组成的，且变比小的变压器电流相量等于环流与负载分量相量之和，变比大的变压器电流相量等于负载分量与环流之相量差。
也就是说，变比不相等的变压器并联运行，在空载时，原、副边回路会出现环流，增加了附加损耗。负载时环流与负载电流合成的结果，使变比小的变压器电流增大，可能过载；变比大的变压器电流减小，可能欠载。
由于短路阻抗很小，即使并联运行的变压器变比之差很小，也能产生较大的环流，因此必须限制并联运行变压器的变比差。两台变压器的一次侧、二次侧电压需相等，变压比K的误差不允许超过±0.5%。
连接组别应相同，连接组别反映一次侧、二次侧线电压的相位关系。如果连接组别不同，即使二次侧电压大小一样，但因相位的不同，并联后仍然会产生内部电动势差，从而导致环流产生。如两台变压器原边均为星形连接，副边一个是星形连接，一个是正连三角形连接，两个副边对应的线电压相位不相同，彼此相差30°。
副边的电压差将达到副边线电压的51.8%，这样大的电压差所引起的环流将超过额定电流许多倍。若连接组别相差越大，则副边的电压差也越大，环流就更大，可能将变压器烧毁，因此连接组不相同的变压器绝对不允许并联运行。
至于阻抗电压相同和短路阻抗角相等两个条件由于制造等原因，总会稍有差别。当短路阻抗角相差20°以下时，电流的相量和与电流代数和之间相差很小，故一般不考虑阻抗角的影响。
该变电站首先进行了35kV和10kV馈线的改造工作，进展很顺利。准备改造主变的前夕，2号变压器突然发生严重故障，只得返厂大修。大修后，对2号变压器做了验收，却忽略了两台变压器的变比误差。
两台变压器变比K的误差（（41.43-38.9）/38.9=6.5%）已经远远超过±0.5%，所以形成巨大的环流。
5 结论
变压器并联运行必须满足变压比相等、连接组别必须相同、阻抗电压相同、短路阻抗角相等四个条件。尤其老站改造或变压器大修时，务必注意变压比相等，该文在多台变压器并联运行的问题分析、变电站设计选型及变压器维修验证方面具有借鉴意义。