变压器的并联运行优化方案

【学习任务】（1）正确理解变压器的并列运行含义。

（2）正确分析变压器的并列运行条件。

1.并列运行含义

发电厂和变电所中，常采用两台或两台以上变压器并列运行的方式。所谓并列运行，即在一定的条件下将两台或多台变压器的一、二次侧分别接在公共母线上，同时对负载供电的方式。图2－23（a）所示为两台三相变压器并列的接线图，图2－23（b）所示为简化表示的单线图。

微课2.5：压器的并列运行

图2－23　变压器的并列运行

（a）三相接线图；（b）单线图

并列运行有以下优点：

（1）提高供电可靠性。多台变压器并列运行，当其中一台变压器发生故障或需要检修时，另几台仍可继续供电。

（2）提高运行的经济性。可根据负载的大小变化，调整投入变压器并列运行的台数，以减少电能损耗，提高运行效率。

（3）可分期安装变压器。如变电所里负载是逐渐增加的，若一开始就安装大变压器，这样初次投资就比较大，运行费用也偏高。采用变压器并列运行，可随着用电量的增加分批安装新增变压器，以减少初次投资。

2.并列运行条件

数台变压器并列运行时，应没有环流，负载能按各台变压器容量大小成比例地分配，且各变压器二次电流同相位，这样才能避免因并列引起的附加损耗，充分地利用变压器容量。要达到上述理想的并列情况，并列运行的变压器必须满足以下三个条件：

（1）变比相等，且一、二次额定电压分别相等。

（2）短路电压（或短路阻抗）的标幺值相等，且其短路阻抗角也相等。

（3）连接组别相同。

如果上述条件满足不了，则将产生不良后果，下面逐一进行分析。为了简单起见，在分析某一条件得不到满足的情况时，假定其他条件是满足的。

3.变比不等时的并列运行

为简单起见，以如图2－24所示的两台单相变压器并列运行来分析。设kI、kII分别为变压器Ⅰ和Ⅱ的变比，且kII＞kI。

图2－24　变比不等的两台变压器并列运行

1）空载时

将负载刀闸K′及副边回路开关K断开，两台变压器的原边施加同一电压，由于kⅡ＞kI，以致两台变压器的副边电压不等，故二次电压，在刀闸K断开处的两端将出现电压差，即

合上刀闸K后，由于电压差的作用，在变压器的二次回路里会产生环流，如图2－24中虚线所示，即

由式（2－46）可知，变比不同的两台变压器并列时会出现环流，环流的大小与电压差以及两变压器短路阻抗的大小有关。据磁动势平衡关系，此时原边不仅仅有空载电流，还会增加一个与副边环流相平衡的原边环流。由于短路阻抗值较小，故即使不大，也能引起较大的环流。如当变压器的短路阻抗ZkI*＝ZkⅡ*＝0.5、ΔU*＝0.01时，环流值也能达到额定电流的10%，环流增加了变压器的损耗，且降低了输出功率的能力。一般要求环流不超过额定电流的10%，为此变比的差值Δk不应大于1%。

2）负载时

再看刀闸K′合上后的负载情况。此时，各变压器绕组中的总电流为负载电流和环流的相量和。设分别为变压器Ⅰ、Ⅱ中的负载电流，则两台变压器的二次电流分别为

一般负载电流是阻感性的，在这种负载下，使变比小的（即二次电压高）变压器Ⅰ负担加重了，而使变比大的变压器Ⅱ负担减轻了。

综上所述可知，变比不等的变压器并列运行时，会出现环流，环流的存在使变压器空载运行时发生额外损耗；负载运行时，可能有的变压器过载，有的欠载，容量利用的不合理，因此，若变比有差别，则容量较小的变压器有较大的变比为宜。

【例题2－6】容量为100 kV·A、电压为6 000/230 V的单相变压器Ⅰ和容量为220 kV·A、电压为6 000/227 V的单相变压器Ⅱ并列运行，UkI＝UkⅡ＝5.5%，且阻抗角相等。求空载时的环流及其对额定电流的百分数。

解：设高压侧加额定电压，则二次空载电压差为

二次环流的绝对值为

又因为二次额定电流为

故环流对二次额定电流的百分数为

4.短路电压不相同时的情况

先分析短路电压数值相等而阻抗角不等对变压器并列运行的影响。

图2－25　两台并列运行变压器的简化向量图

下面分析阻抗角相等而短路电压数值不等对变压器并列运行的影响。

设有n台变压器并列运行，不管这些变压器的阻抗如何，它们的电压降落总是相等的，即

式（2－49）说明，并列运行的各台变压器的负载电流与其短路阻抗（ZkI、ZkⅡ、…、Zkn）成反比。

并列运行变压器间的负载分配受短路阻抗的影响很大，有时可能出现短路阻抗小的变压器已满载甚至超载，而短路阻抗大的变压器仍处于欠载状态，以致使容量不能合理的利用。因Uk*＝Zk*，故几台变压器并列运行时，各台变压器的短路电压Uk与所有短路电压算术平均值的差别不要大于±10%。

【例题2－7】三台变压器并列运行，每台容量都是100 kV·A，短路阻抗角相等，短路电压分别为UkI*＝0.035、UkⅡ*＝0.04、UkⅢ*＝0.055。假设所带的总负载为300 kV·A，试确定各变压器的负载。

解：先求出

可得

说明变压器Ⅰ过载19.5%，变压器Ⅱ过载4.52%，而变压器Ⅲ欠载24%。(https://www.xing528.com)

5.连接组别不同时的情况

变压器连接组别不同时并列运行，其后果要比变比不等时严重得多。如一台Y，y0与Y，d11变压器并列，二次线电压相位差为30°。

如图2－26所示，其副边线电压差为

图2－26　Y，y0与Y，d11变压器并列时的电压差

说明ΔU为高达52%的二次线电压。由于变压器短路阻抗很小，这样大的电压差所产生的环流将超过额定电流的许多倍，所以连接组别不同的变压器绝不能并列运行。

自测题

一、填空题

1.并列运行是在一定的条件下将两台或多台变压器的一、二次侧分别接在________上，同时对负载供电的方式。

2.三相变压器理想并联运行的条件是：（1）空载时各变压器之间________；（2）负载后各变压器的负载系数________；（3）负载时各变压器分担的电流________。

3.连接组号不同的变压器不能并联运行，是因为会引起极大的________而把变压器烧毁。

4.并列运行的优点有______________、________________、________________。

二、选择题

1.两台变压器并联运行时，其负荷与短路阻抗（　　）分配。

A.大小成反比　B.标幺值成反比

C.标幺值成正比　D.大小成正比

2.多台变压器并联运行中危害最大的因素是（　　）。

A.环流　B.铁芯不对称

C.阻抗不相等　D.电流不均

3.变压器的一、二次电压一般允许有（　　）的差值，超过则可能在两台变压器绕组中产生环流，影响出力，甚至可能烧坏变压器。

A.±0.5%　B.±1%　C.±1.5%　D.±2%

4.并列运行时，如果其中一台变压器发生故障从电网中切除，则其余变压器（　　）。

A.必须停止运行　B.仍能继续供电

C.肯定也发生故障　D.自动切除

5.变压器理想并列运行的条件之一是（　　）。

A.变压器的连接组别相同　B.变压器的连接组别相差30℃

C.变压器的连接组别相差60℃　D.变压器的连接组别相差90℃

6.变压器理想并列运行的条件之一是（　　）。

A.变压器的一、二次电压相等　B.变压器的一、二次电压误差为±1%

C.变压器的一、二次电压误差为±2%　D.变压器的一、二次电压误差为±3%

7.为提高变压器运行的经济性，可根据（　　）调整投入并列运行的台数，以提高运行效率。

A.电压的高低　B.电流的大小

C.功率因数　D.负载的大小

8.一般两台并列变压器的容量比也不能超过（　　），否则会影响经济性。

A.3∶1　B.4∶1　C.5∶1　D.6∶1

三、判断题

1.变压器并列运行，允许一、二次电压有±0.5%的差值，超过则可能在两台变压器绕组中产生环流，影响出力，甚至可能烧坏变压器。（　　）

2.提高供电可靠性是变压器并列运行的目的之一。（　　）

3.提高变压器运行的经济性是变压器并列运行的目的之一。（　　）

4.变压器并列运行，一般允许阻抗电压有±10%的差值。（　　）

四、分析计算题

1.变压器并列运行的基本条件是什么？如不符条件后果如何？

2.两台变压器并联运行均为Y，d11连接，U1N/U2N＝35/10.5 kV，S1N＝1 250 kV·A，S2N＝2 000 kV·A，UkⅠ＝6.5%，UkⅡ＝6%，试求：总输出为3 250 kV·A时，每台变压器的负载是多少？

答案2.10