摘要：本文在某500千伏变电站扩建工程可行性研究的背景下，针对三台不同阻抗电压比的500千伏变压器并列运行情况，对其不同运行档位产生的环流进行了计算分析，有效指导了工程可行性的研究，对变压器运行档位和电压水平给出了意见。
关键词：变压器；运行条件；环流计算
1 项目背景简介
湖北省某500千伏变电站（A站）已有主变压器两台，主变容量2×75万千伏安。为满足供区内负荷的快速增长，需为该变电站扩建第三台主变，主变容量选择为75万千伏安。
由于目前500千伏/75万千伏安变压器已经逐渐边缘化，若本工程购置一台新的75万千伏安主变，则投资经济效益较差。因此，本工程考虑将另一5000千伏变电站（B站）的75万千伏安搬迁至本站。工程涉及的三台主变参数见表1-1。
表1-1 主变参数表
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2 变压器并列运行
2.1 并列运行的定义
当两台或多台变压器的一次绕组并联在同一电压的母线上，二次绕组并联在另一电压的母线上运行，这种运行方式成为并列运行方式。其意义是：当一台变压器发生故障时，并列运行的其他变压器仍可以继续运行，以保障重要用户的用电；或当变压器需要检修时，并联运行方式既可以保证变压器的检修计划，又能不中断供电，提高电力系统供电可靠性[1-2]。
在理想状态下，若两台或多台变压器阻抗电压相同，变压器之间不会存在环流，只在一次侧产生空载电流。若两台或多台变压器参数存在差异，并列运行时变压器之间将产生较大的环流[3-6]。变压器环流会加大变压器损耗，增加变压器发热量；当环流过大时，甚至会烧毁变压器。应尽量减小变压器环流，降低不必要损耗，延长变压器使用寿命。
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图2-1 变压器并列运行示意图
2.2 并列运行的条件
根据《DL/T 572-2010 电力变压器运行规程》，变压器并列运行需满足以下基本条件：
1）联结组标号相同;
2）电压比应相同，差值不得超过±0.5%；
3）阻抗电压值偏差小于10%。
阻抗电压不等或电压比不等的变压器，任何一台变压器除满足GB/T 1094.7和制造厂规定外，其每台变压器并列运行绕组的环流应满足制造厂的要求。阻抗电压不同的变压器，可适当提高阻抗电压高的变压器的二次电压，使并列运行变压器的容量均能充分利用[7]。
若联结组标号不同，则在并列变压器的二次绕组中会出现电压差，在变压器二次侧内部产生循环电流；若变压器变比不同，二次电压不等，在二次绕组中也会产生环流，并占据变压器的容量，增加变压器的损耗；同时，变压器阻抗电压与变压器的负荷分配成反比，若阻抗电压偏差过大，则变压器负荷分配不均衡，运行经济性较差。
根据以上分析，本项目需要计算变压器并列环流对变压器运行的影响。
3 环流计算原理
现有文献对两台主变并列运行时的环流计算有所分析[8-10]，根据等效电路给出了两台主变并列运行的简洁环流计算方法。本工程三台主变的额定电压、额定电流、短路阻抗等参数均不相同，计算复杂程度远远超出两台主变并列，现有文献对本工程不具适用性。
根据研究，变压器中压侧环流计算有以下步骤：
1）确定变压器运行档位；
由于三台变压器调压范围不同，为保证各变压器电压比的差值不超过±0.5%，需要对变压器运行档位提出要求。
2）等值阻抗计算；
根据变压器的额定电压、额定容量等参数计算变压器等值阻抗；
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4）环流计算；
忽略变压器绕组电阻影响，阻抗计算仅考虑电抗，对三台主变并列运行时环流进行计算。
3台变压器并列运行时中压侧等效电路图如下：
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图3-1 三台主变并列中压侧等效电路示意图
其中，U2-1、U2-2、U2-3分别为三台变压器中压侧额定电压；I2-1、I2-2、I2-3分别为三台变压器输出电流；Z2k-1、Z2k-2、Z2k-3分别为三台变压器中压侧短路阻抗，IL为负载电流。当三台主变折算参数不一致时，电路中将产生环流。为方便计算，取变压器空载时，即IL=0时，计算变压器空载环流，空载环流即等于变压器空载时的输出电流。
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由（式3-4）即可计算得到三台变压器的空载环流。
4 计算案例
本工程变压器参数见前述背景介绍，现对三台变压器并列运行环流进行计算。
4.1 变压器运行档位
#1、#2主变调压范围均为525/230±2×2.5%/36，#3主变调压范围为550/242±2×2.5%/35。为满足相互之间电压比差值不超过±0.5%的要求，对3台主变各个档位的运行电压比进行校核。校核结果见表4-1。
表4-1 变压器运行电压比校核表
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由上表可以看出，为满足A变变电站三台主变并列运行时电压比差值不超过±0.5%的要求，三台主变需运行在相同档位。一旦#3主变运行档位与#1、#2主变不一致，则其电压比差将超过0.5%，突破规程规范限定。
4.2 等值阻抗及参数折算
由于等值阻抗计算及参数折算过程较为简单，本文不再赘述，仅列出结果，详见表4-2。
表4-2 变压器等值阻抗及参数折算结果表
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4.3 环流计算
本文根据电力系统实际运行情况，假定变压器高压侧运行电压处在525千伏～540千伏之间。针对典型电压运行水平，根据计算原理分别计算变压器运行在不同档位时的中压侧运行电压及环流，环流计算结果详见表4-3。
表4-3 环流计算结果表
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从计算结果可以看出：
1）当高压侧运行电压不变时，变压器运行档位越高，产生的环流越大；
2）当变压器运行档位相同时，高压侧运行电压越高，产生的环流越大。
结合该工程调相调压计算结论，当三台变压器档位采用3档或4档运行时，主变高、中、低压侧运行电压处于相对合理的水平，推荐A变电站三台变压器并列运行时的档位采用3档或4档；同时根据环流计算结果，变压器高压侧运行电压在允许范围之内尽量控制在低水平，以减少环流，降低对变压器造成的不利影响。
5 结语
本文对某500千伏变电站扩建背景下，三台变压器并列运行产生的环流进行了理论推导和计算，根据变压器并列运行条件，进一步完善了并列运行可行性的研究，给出了变压器环流与档位、运行电压的关系及运行建议。目前该变电站扩建工程已经进入施工阶段，本文研究成果对于湖北电网建设产生了积极影响，对后续500千伏变电站主变扩建项目的变压器选择具有指导意义。
参考文献：
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作者简介：
龚青（1988—），男，湖北省武汉市人，工程师，硕士，研究方向为电力系统规划。Email：gongqing@heec.com