（中石化安庆分公司 安徽省安庆市 246002）
摘要：安庆石化301总变电所由于装置扩能改造需要对主变压器进行同步扩容，为防止在改造过程中停电事故发生，需对两台不同容量不同阻抗的变压器进行合环并联运行操作，本文对此操作的可行性进行了全面系统的分析。
关键词：总变电所，变压器，合环操作，环流，阻抗电压，容量
一、前言
石油化工装置在生产过程中存在着高温高压、易燃易爆、过程连续性等特点，大部分用电负荷均为一、二级负荷，在生产过程中绝不允许中断供电。安庆石化301总变电所肩负着为该公司煤气化装置、空分装置、生产水及其他公用工程等供电的任务。此次由于装置扩能需要，需对301总变两台主变压器进行扩容改造，由25MVA扩容为31.5MVA。在此次扩容改造过程中为避免301变电所6KV母线停电，两台主变压器应分别改造，并且在一台变压器改造结束投用后，应对6KV母线进行合环操作，再退出另外一台老主变，对其进行改造。为防止在此过程中由于新、旧主变容量、阻抗电压值不同及一二次侧存在压差，系统可能存在环流及负荷分配不均导致容量较小的变压器过载甚至跳闸，引起6KV母线一段失压，必须对此作业进行可行性分析。
二、系统现状
图1 301总变电所系统图
301总变电所采用双回路供电方式，电压等级为35kV，分别引自电厂373、374线路。其35kV及6kV母线均采用单母线分段，并设有35kV及6kV联络，正常时，其运行方式为双回路分列运行。各装置设6kV分变电所，电源引自301总变电所6kV I II段，并设两台事故柴油发电机组，作为装置中特别重要负荷的第三路备用电源。
三、新旧变压器及系统基础数据
表1 变压器基础数据表
系统电压：35KV I段电压UI=35.4KV、35KVII段电压UII=35.8KV
旧变压器（25MVA）短路阻抗（6kV侧）：
上式中UK%为变压器阻抗电压百分比；U为变压器二次侧额定电压；Sr为变压器额定容量。
四、环流计算分析
作为降压变压器，变压器一次侧电流主要取决于二次侧电流，所以在这里我们主要研究并测算两台容量及阻抗不同的变压器在进行合环操作时，二次侧环流的大小。变压器二次侧环流的产生是因为两台变压器在合环或并列时二次侧存在电压差，因而在两台变压器二次绕组中产生均压电流。而这一压差产生的主要原因是：1、由于两台变压器一次侧电压不同；2、由于两台变压器变比有差异；3、两台变压器连接组别不同。下文对此进行逐一分析。
（一）、由于一次侧压差产生的环流计算分析：
首先假设新、旧变压器分接开关都在2挡（因为系统电压较高，原旧变压器分接开关在2挡），两台变压器变比相同。
系统压差（35KV折算到6KV侧）：
式中 Ih1为两台变压器二次侧绕组中因一次侧压差产生的环流；k为变压器变比；ΔU为两台变压器二次侧压差。
（二）、由于两台变压器变比差异产生的环流计算分析：
首先假设一次侧电压相同、新旧变压器分接开关都在2挡，两台变压器变比的差异不会超过2.5%（因为新、旧变压器分接开关调压挡位为
2×2.5％），因此在进行环流分析时按最不利情况考虑，即变比相差2.5％考虑。
ΔU=6.3×2.5%=0.1575kV=157.5V
式中 Ih2为两台变压器二次侧绕组中因变比差产生的环流
（三）、由于连接组别的不同，造成两台变压器二次侧相位不同而产生的环流计算分析：
式中 Ih3为两台变压器二次侧绕组中因接线组别不同产生的环流；α为二次侧相位差；UK1%、Ie1、UK2%、Ie2分别为两台变压器阻抗电压百分比及二次侧额定电流。
当两台变压器二次侧电压相位差为1800时，环流大约为额定电流的20倍，相当于短路；当两台变压器二次侧电压相位差为300时，环流大约为额定电流的5倍。
由于此次改造过程中，新、旧两台变压器连接组别相同，因此其二次侧电压相位也基本相同，相位差α接近于0，环流 Ih3也接近于为零。
（四）、合环总环流计算分析：
当新、旧两台变压器进行6kV侧母线合环操作时，在两台变压器二次侧产生的总合环电流为：
Ih＝ Ih1＋ Ih2＋ Ih3＝311＋680＝991A
即：总环流不会超过991安培。
如果在进行6kV侧合环操作前先进行35kV侧合环，则两台变压器一次侧电压就相同，不存在一次侧压差，即 Ih1为零。
Ih＝ Ih1＋ Ih2＋ Ih3＝680A
同时对新变压器变比测试试验数据与旧变压器变比测试试验数据比对，两台变压器变比误差不大，小于0.5％。因此，在进行6kV合环操作时，两台变压器二次侧环流值远小于计算值。大约为100A左右。
五、两台变压器负荷分配计算分析
（一）、由于阻抗电压的不同，造成两台变压器负荷分配不均的分析：
阻抗电压不同的两台变压器并联运行，变压器之间并无环流产生，但会造成两台变压器的负荷分配不均，其负荷分配与阻抗电压成反比。
图2 两台变压器并联运行等值回路
两台变压器并联就相当于两个阻抗Z1和ZT并联。两侧作用于同一电压U1和U2之下，两个阻抗上的电压降必须相等，即：
上式说明：当两台变压器并联运行时，它们之间的负荷分配和短路阻抗成反比。即短路阻抗越大的，流过的电流越小。一般认为阻抗电压差值不应超过10%。
（二）、由于容量的不同，造成两台变压器负荷分配不均的分析：
容量不同的两台变压器，漏电抗和阻抗的值是不相同的，则各自的二次电流的相位不同，当两者并联运行时，总电流为两台变压器分电流之和。在总电流一定的情况下，只有当各分电流同相时，其值最小。若相位角不同，即使分电流很大，总电流不一定很大，因为总电流并不是分电流值的代数和，而是它们的矢量和。
为使变压器二次电流在相位上也相同，必须要两台变压器短路阻抗的阻抗角相等，也就是说各变压器的漏电抗和电阻的比值应该相同。
容量相近的变压器，阻抗角是相差不大的。但容量相差太大，则容量小的变压器有功分量大，这就使负荷电流不同相，变压器不能合理利用。根据研究，并联变压器的容量比一般不应超过3：1。
（三）、并联运行时两台变压器所带负荷计算分析：
此次改造过程中，需要合环并联运行的两台变压器：
阻抗电压百分比相差比较：
2、容量比较：31.5/25=1.26
通过以上计算分析，两台变压器阻抗电压相差为5.1%，不超过10%；容量比为1.26：1，不超过3：1。对负载的分配影响不大。
3、并联运行时两台变压器所带负荷：
25MVA变压器负荷：
31.5MVA变压器负荷：
式中 UK1%、Se1、UK2%、Se2分别为两台变压器阻抗电压百分比及额定容量；S1、S2为并联运行时两台变压器所带负荷；S总为系统总负荷。
通过上述计算分析，两台变压器所带负荷基本按各自容量比例进行分配。
结论
当前系统6kV侧最大总负荷电流为2700A，两台变压器在进行合环操作并联运行时，25MVA变压器二次侧负荷电流为：2700×45.5%=1228.5A，考虑到最不利情况下的环流991A，其总二次侧电流为2219.5A。而该台变压器额定二次侧电流为2887A，所带负荷（包括环流）为变压器额定容量的76.9%。实际上，由于两台变压器变比误差并不大（小于0.5%），35kV侧母线合环，一次侧也不存在压差，因而6kV侧合环时环流并不大。上文计算分析，其环流小于100A。
因此25MVA变压器二次侧电流不超过1328.8A，即变压器实际所带负荷小于其额定容量的46%（1328.8/2887＝0.46）。所以在本次变压器扩容改造过程中，对新、旧变压器进行合环并列运行操作时，变压器不会出现过负荷，更不会发生因为过电流使保护动作而跳闸。可以进行6kV母线合环操作。
参考文献：
[1]北京电力学校.电气运行技术问答[M].北京：水利电力出版社，1977.
[2]刘介才.工厂供电[M].北京：机械工业出版社，2010.
[3]中国航空工业规划设计院.工业与民用配电设计手册[M].北京：中国电力出版社，2005.
论文作者:高辞中
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/28
标签：变压器论文; 两台论文; 环流论文; 阻抗论文; 电压论文; 电流论文; 负荷论文; 《电力设备》2018年第22期论文;