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        并列運(yùn)行220 kV主變壓器檔位校核計(jì)算

        2021-10-26 02:18:40程玉凱
        內(nèi)蒙古電力技術(shù) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:中壓等效電路檔位

        程玉凱

        (國(guó)網(wǎng)福建電力公司漳州供電公司,福建 漳州 363000)

        0 引言

        電網(wǎng)建設(shè)早期的用電負(fù)荷較小,變電站內(nèi)只需配置單臺(tái)主變壓器就可滿足供電要求。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和對(duì)供電可靠性要求的提高,需要對(duì)變電站進(jìn)行升壓增容,通過(guò)增加主變壓器數(shù)量,實(shí)現(xiàn)多臺(tái)變壓器的并列運(yùn)行[1-2]。并列運(yùn)行雖然在一定程度上增加了短路點(diǎn)的短路容量[3],但提高了供電可靠性、降低了變壓器的損耗,因而變壓器并列運(yùn)行是非常必要的[4-6]。變電站內(nèi)長(zhǎng)期單臺(tái)運(yùn)行的變壓器可能由于某些原因造成實(shí)際檔位與顯示狀態(tài)并不一致,且較難發(fā)現(xiàn);新增主變壓器與其在同一檔位并列運(yùn)行時(shí),會(huì)造成負(fù)荷分配不合理,不但增加了額外損耗[7-9],還會(huì)導(dǎo)致主變壓器發(fā)熱,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懼髯儔浩鞯膲勖黐10-18]。因此,有必要對(duì)站內(nèi)主變壓器并列運(yùn)行時(shí)的檔位進(jìn)行校核,以避免在實(shí)際檔位不匹配的情況下使各變壓器并列運(yùn)行。

        1 設(shè)備概況

        某220 kV變電站于2007年投運(yùn),初期投運(yùn)1臺(tái)主變壓器(編號(hào)1號(hào))。隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大和規(guī)劃調(diào)整,于2014年又投運(yùn)第二臺(tái)主變壓器(編號(hào)2號(hào))。兩臺(tái)主變壓器的基本參數(shù)見(jiàn)表1。兩臺(tái)主變壓器聯(lián)結(jié)組別相同、變比相同、額定容量比為1.5,經(jīng)核算阻抗電壓比小于10%,符合變壓器并列條件。兩臺(tái)主變壓器均可實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓,調(diào)壓開(kāi)關(guān)安裝于220 kV側(cè)。由于聯(lián)結(jié)組別和變比相同,為縮小環(huán)流,兩臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行時(shí),檔位調(diào)節(jié)至同一個(gè)檔位,一般采用高中壓側(cè)并列運(yùn)行,低壓側(cè)分列運(yùn)行方式。

        表1 主變壓器基本參數(shù)

        在變壓器聯(lián)結(jié)組別、變比一致時(shí),兩臺(tái)主變壓器的負(fù)荷分配與額定容量成正比,與阻抗電壓成反比[4]。通過(guò)對(duì)兩臺(tái)主變壓器長(zhǎng)期數(shù)據(jù)采樣觀察,其負(fù)荷分配比在1.6~1.7,與額定容量比有差別,初步懷疑與阻抗電壓或者循環(huán)電流引起的循環(huán)功率有關(guān),有必要對(duì)兩臺(tái)變壓器的容量分配情況進(jìn)行核算,以驗(yàn)證目前負(fù)荷分配比是否正確合理。

        2 主變壓器并列模型

        由于主變壓器勵(lì)磁電抗Zm遠(yuǎn)大于各側(cè)等值阻抗Zk(k=1,2,3),且各側(cè)等值電抗Xk遠(yuǎn)大于各側(cè)等值電阻Rk[5],因此可將主變壓器模型簡(jiǎn)化為圖1所示的等效電路。

        根據(jù)圖1可以得到兩臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行的等效電路,如圖2所示。

        圖2 兩臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行的等效電路

        3 負(fù)荷分配計(jì)算實(shí)例

        圖2中,I2、I13、I23為已知量,X1k、X2k可通過(guò)式(1)、式(2)得到。其中,U1、U2、U3分別為變壓器220 kV、110 kV、10 kV側(cè)阻抗電壓百分比;U12、U13、U23為變壓器高-中、高-低、中-低壓側(cè)繞組之間的短路阻抗電壓百分?jǐn)?shù);UN為變壓器額定電壓;SN為變壓器額定容量。

        結(jié)合表1和式(1)、式(2)可以得到兩臺(tái)主變壓器的各側(cè)阻抗電壓百分比,見(jiàn)表2。

        表2 主變壓器阻抗電壓百分比 %

        根據(jù)圖2所示的等效電路可以求得:

        若主變壓器三側(cè)功率因數(shù)一致,將式(2)帶入式(3)可得:其中,S11為1號(hào)主變壓器高壓側(cè)負(fù)荷;S21為2號(hào)主變壓器高壓側(cè)負(fù)荷;S23為2號(hào)主變壓器低壓側(cè)負(fù)荷;S13為1號(hào)主變壓器低壓側(cè)負(fù)荷;S2為兩臺(tái)主變壓器中壓側(cè)并列后總負(fù)荷。

        將表2中數(shù)據(jù)帶入式(4)可以得到:

        一般來(lái)說(shuō),中壓側(cè)負(fù)荷遠(yuǎn)大于低壓側(cè)負(fù)荷,因此忽略主變壓器低壓側(cè)負(fù)荷,可以得到:

        式(6)表示兩臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行時(shí),2號(hào)主變壓器分配的負(fù)荷大約為1號(hào)主變壓器的1.52倍,這一結(jié)果與實(shí)際的負(fù)荷分配(1.6~1.7)有較大差別,因此懷疑兩臺(tái)主變壓器中壓側(cè)存在的循環(huán)電流影響了負(fù)荷分配。

        4 主變壓器循環(huán)電流與檔位的關(guān)系

        兩臺(tái)主變壓器中壓側(cè)并列,當(dāng)變比不一致時(shí)會(huì)出現(xiàn)循環(huán)電流[6],等效電路圖如圖3所示。

        圖3 兩臺(tái)主變壓器并列存在環(huán)流的等效電路

        由于低壓側(cè)未并列,低壓側(cè)電壓差對(duì)循環(huán)電流并無(wú)影響,因此分析圖3中的循環(huán)電流時(shí)可不必考慮10 kV側(cè)系統(tǒng)。循環(huán)電流不會(huì)對(duì)有功功率分配產(chǎn)生影響,但影響無(wú)功功率的分配傳輸。無(wú)功負(fù)荷的傳輸除按照?qǐng)D3所示等值電路進(jìn)行分配外,還受到循環(huán)功率的影響。利用疊加法對(duì)圖3所示的等效電路進(jìn)行分解[4],當(dāng)僅存在110 kV壓差這一個(gè)電源點(diǎn)時(shí)的電路圖如圖4所示。

        圖4 110 kV側(cè)循環(huán)電流流向等效電路圖

        ΔU可用式(7)求得:

        式中:k1、k2—1號(hào)、2號(hào)主變壓器變比。

        變壓器變比大小與檔位有關(guān),本文中兩臺(tái)主變壓器的變比均為220±8×1.25%/115/10.5,即主變壓器在n檔時(shí),高中壓側(cè)變比為[220+(9-n)×1.25%]/115。

        假設(shè)2號(hào)主變壓器在n檔,1號(hào)主變壓器檔位在n+m檔(即1號(hào)主變壓器比2號(hào)高m檔,m不一定為為正數(shù),也不一定為整數(shù)),因此式(7)可表示為:

        由式(8)可知,當(dāng)一臺(tái)主變壓器檔位確定時(shí),可以根據(jù)電壓差得到另外一臺(tái)主變壓器相應(yīng)的檔位。

        結(jié)合式(7)、式(10)可以看出,QC的大小主要與兩臺(tái)主變壓器的變比差存在線性相關(guān)性:變比差越大,循環(huán)功率越大。

        由于循環(huán)功率是無(wú)功功率,且僅存在于兩臺(tái)主變壓器高中壓側(cè)繞組中,因此滿足:

        式中:Q1Z、Q2Z為1號(hào)、2號(hào)主變壓器總無(wú)功功率;Q1B、Q2B為1號(hào)、2號(hào)主變壓器自身消耗的無(wú)功功率;Q12F、Q22F和Q13F、Q23F分別為1號(hào)、2號(hào)主變壓器中壓側(cè)、低壓側(cè)無(wú)功功率。為便于計(jì)算,認(rèn)為兩臺(tái)主變壓器自身消耗的無(wú)功功率相等,即Q1B=Q2B。若規(guī)定流向主變壓器為正方向,根據(jù)式(11)可以得到:

        QC>0表示循環(huán)功率是由1號(hào)主變壓器流向2號(hào)主變壓器,結(jié)合式式(8)、式(10)可知:1號(hào)主變壓器變比小于2號(hào)主變壓器,即1號(hào)主變壓器實(shí)際檔位大于2號(hào)主變壓器檔位。同理,QC<0表示1號(hào)主變壓器實(shí)際檔位小于2號(hào)主變壓器檔位。

        3臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行時(shí),假設(shè)3號(hào)主變壓器與2號(hào)主變壓器在110 kV側(cè)的電壓差為ΔU3,并且滿足式(13):

        根據(jù)上述分析,各主變壓器高壓側(cè)電流如式(14)所示。

        根據(jù)式(11),并假設(shè)3臺(tái)主變壓器本身消耗的無(wú)功功率相同,可得:

        式中:Q3Z為3號(hào)主變壓器總無(wú)功功率;QB為3臺(tái)主變壓器自身消耗的無(wú)功功率。

        結(jié)合式(15)、式(16)可得到ΔU、ΔU3,從而可以計(jì)算1號(hào)主變壓器、3號(hào)主變壓器與2號(hào)主變壓器的檔位差。同理,數(shù)量更多的變壓器并列時(shí),循環(huán)電流和循環(huán)功率也可用上述方法求解。由此可知,當(dāng)主變壓器并列數(shù)量大于2時(shí),各臺(tái)主變壓器循環(huán)功率的大小受各側(cè)電壓差的影響并不相等,循環(huán)功率不能按照式(12)方法進(jìn)行求解。

        5 實(shí)際檔位校核

        通過(guò)某變電站IES600系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù),查詢了近期兩臺(tái)主變壓器同檔位并列運(yùn)行的某時(shí)刻各側(cè)數(shù)據(jù),見(jiàn)表3。

        將表3中的數(shù)據(jù)帶入式(8)、式(10)、式(12)中,可以得到表4數(shù)據(jù)。

        表3 兩臺(tái)主變壓器不同檔位并列運(yùn)行數(shù)據(jù)

        表4 檔位差計(jì)算值

        由表4可知,兩臺(tái)主變壓器分別在3檔—6檔并列時(shí),由循環(huán)電流產(chǎn)生的循環(huán)功率導(dǎo)致負(fù)荷分配不均衡,兩臺(tái)主變壓器的實(shí)際檔位相差接近1檔。考慮2號(hào)主變壓器近年新投運(yùn),有載開(kāi)關(guān)故障的概率較小,若以2號(hào)主變壓器有載調(diào)壓檔位為基準(zhǔn),那么1號(hào)主變壓器的實(shí)際檔位比顯示檔位大1檔左右。

        某日,兩臺(tái)主變壓器在5檔并列運(yùn)行,其中110 kV側(cè)總負(fù)載S2=81.44 MVA,1號(hào)主變壓器10 kV側(cè)負(fù)載S13=16.57 MVA,2號(hào)主變壓器10 kV側(cè)負(fù)載S23=7.8 MVA,此時(shí)1號(hào)主變壓器總負(fù)載為39.4 MVA,2號(hào)主變壓器總負(fù)載為60.05 MVA,可見(jiàn)2號(hào)主變壓器負(fù)載為1號(hào)主變壓器的1.62倍。

        為驗(yàn)證上述結(jié)論,將1號(hào)主變壓器檔位由5檔下調(diào)至4檔。在兩臺(tái)主變壓器中低壓側(cè)負(fù)荷不變的情況下,1號(hào)主變壓器總負(fù)載變?yōu)?1.67 MVA,2號(hào)主變壓器總負(fù)載變?yōu)?4.02 MVA,2號(hào)主變壓器負(fù)載為1號(hào)主變壓器的1.53倍,這與式(6)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)倍數(shù)接近,說(shuō)明1號(hào)主變壓器在4檔、2號(hào)主變壓器在5檔并列運(yùn)行時(shí),負(fù)荷分配最為合理,循環(huán)功率最小,從而證明了上述結(jié)論的正確性。

        6 結(jié)語(yǔ)

        主變壓器高中壓側(cè)并列運(yùn)行、低壓側(cè)分列運(yùn)行方式下,低壓側(cè)電壓往往受母線所接電容器的影響,導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確反映電壓變比。一般情況下,檔位不一致現(xiàn)象比較隱蔽、難以發(fā)現(xiàn)。主變壓器在檔位不一致的情況下并列運(yùn)行,產(chǎn)生的循環(huán)電流會(huì)增加無(wú)功損耗,影響變壓器效率;負(fù)荷較大時(shí),甚至可能引起主變壓器過(guò)載,影響變壓器的壽命,對(duì)于長(zhǎng)期并列運(yùn)行的主變壓器非常不利。本文基于主變壓器負(fù)荷分配的不合理情況,提出一種簡(jiǎn)單、可靠的變比(檔位)校核方法,可以在驗(yàn)證主變壓器檔位的準(zhǔn)確度時(shí)使用。

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