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變壓器并列運(yùn)行的條件
變壓器并列運(yùn)行的條件
變壓器是電力網(wǎng)中的重要電氣設(shè)備，由于連續(xù)運(yùn)行的時(shí)間長(zhǎng)，為了使變壓器安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及提高供電的可靠性和靈活性，在運(yùn)行中通常將兩臺(tái)或以上變壓器并列運(yùn)行。變壓器并列運(yùn)行，就是將兩臺(tái)或以上變壓器的一次繞組并聯(lián)在同一電壓的母線上，二次繞組并聯(lián)在另一電壓的母線上運(yùn)行。其意義是：當(dāng)一臺(tái)變壓器發(fā)生故障時(shí)，并列運(yùn)行的其它變壓器仍可以繼續(xù)運(yùn)行，以保證重要用戶的用電；或當(dāng)變壓器需要檢修時(shí)可以先并聯(lián)上備用變壓器，再將要檢修的變壓器停電檢修，既能保證變壓器的計(jì)劃?rùn)z修，又能保證不中斷供電，提高供電的可靠性。又由于用電負(fù)荷季節(jié)性很強(qiáng)，在負(fù)荷輕的季節(jié)可以將部分變壓器退出運(yùn)行，這樣既可以減少變壓器的空載損耗，提高效率，又可以減少無(wú)功勵(lì)磁電流，改善電網(wǎng)的功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
變壓器并列運(yùn)行理想的運(yùn)行情況是：當(dāng)變壓器已經(jīng)并列起來(lái)，但還沒(méi)有帶負(fù)荷時(shí)，各臺(tái)變壓器之間應(yīng)沒(méi)有循環(huán)電流；同時(shí)帶上負(fù)荷后各臺(tái)變壓器能合理地分配負(fù)荷，即應(yīng)該按照它們各自的容量比例來(lái)分擔(dān)負(fù)荷。因此，為了達(dá)到理想的運(yùn)行情況，變壓器并列運(yùn)行時(shí)必須滿足下面一個(gè)條件：
(1)各臺(tái)變壓器的電壓比(變比)應(yīng)相同
(2)各臺(tái)變壓器的阻抗電壓應(yīng)相等
(3)各臺(tái)變壓器的接線組別應(yīng)相同。
下面分析變壓器并列運(yùn)行條件中某一條件不符合時(shí)產(chǎn)生的不良后果：
(一)電壓比(變比)不相同的變壓器并列運(yùn)行：
由于三相變壓器和單相變壓器的原理是相同的，為了便于分析，以兩臺(tái)單相變壓器并列運(yùn)行為例來(lái)分析。由于兩臺(tái)變壓器原邊電壓相等，電壓比不相等，副邊繞組中的感應(yīng)電勢(shì)也就不相等，便出現(xiàn)了電勢(shì)差△E。在△E的作用下，副邊繞組內(nèi)便出現(xiàn)了循環(huán)電流IC。當(dāng)兩臺(tái)變壓器的額定容量相等時(shí)，即SNI=SNII。循環(huán)電流為：
IC=△E/(ZdI＋ZdII)
式中ZdI--表示第一臺(tái)變壓器的內(nèi)部阻抗
ZdII--表示第二臺(tái)變壓器的內(nèi)部阻抗
如果Zd用阻抗電壓UZK表示時(shí)，則
Zd=UZK*UN/100IN
式中UN表示額定電壓(V)，IN表示額定電流(A)
當(dāng)兩臺(tái)變壓器額定容量不相等時(shí)，即SNI≠SNII，循環(huán)電流IC為：
IC=á＊II/[UZKI＋(UZKII/a)]
式中：UZKI--表示第一臺(tái)變壓器的阻抗電壓
UZKII--表示第二臺(tái)變壓器的阻抗電壓
INI＜INII
á--用百分?jǐn)?shù)表示的二次電壓差
II--變壓器I的副邊負(fù)荷電流
根據(jù)以上分析可知：在有負(fù)荷的情況下，由于循環(huán)電流Ic的存在，使變比小的變壓器繞組的電流增加，而使變比大的變壓器繞組的電流減少。這樣就造成并列運(yùn)行的變壓器不能按容量成正比分擔(dān)負(fù)荷。如母線總的負(fù)荷電流為I時(shí)(I=INI＋I(xiàn)NII)，若變壓器I滿負(fù)荷運(yùn)行，則變壓器II欠負(fù)荷運(yùn)行；若變壓器II滿負(fù)荷運(yùn)行，則變壓器I過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。由此可見(jiàn)，當(dāng)變比不相等的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，由于循環(huán)電流Ic的存在，變壓器不能帶滿負(fù)荷，使總?cè)萘坎荒艹浞掷谩?/span>
又由于變壓器的循環(huán)電流不是負(fù)荷電流，但它卻占據(jù)了變壓器的容量，因此降低了輸出功率，增加了損耗。當(dāng)變比相差很大時(shí)，可能破壞變壓器的正常工作，甚至使變壓器損壞。為了避免因變比相差過(guò)大產(chǎn)生循環(huán)電流Ic過(guò)大而影響并列變壓器的正常工作，規(guī)定變比相差不宜大于0.5%
(二)阻抗電壓不等時(shí)變壓器并列運(yùn)行：
因?yàn)樽儔浩鏖g負(fù)荷分配與其額定容量成正比，而與阻抗電壓成反比。也就是說(shuō)當(dāng)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，如果阻抗電壓不同，其負(fù)荷并不按額定容量成比例分配，并列變壓器所帶的電流與阻抗電壓成反比，即II/III=UZKII/UZKI或UZKIIII=UZKIIIII，設(shè)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其容量為SNI，SNII，阻抗電壓為UZI、UZII，則各臺(tái)變壓器的負(fù)荷按下式計(jì)算：
SI=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]＊(SNI/UZKI)
SII=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]＊(SNII/UZKII)
即S△I/SII=(SNI＊UZKII)/(SNII＊UZKI)
根據(jù)以上分析可知：當(dāng)兩臺(tái)阻抗電壓不等的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，阻抗電壓大的分配負(fù)荷小，當(dāng)這臺(tái)變壓器滿負(fù)荷時(shí)，另一臺(tái)阻抗電壓小的變壓器就會(huì)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。變壓器長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷運(yùn)行是不允許的，因此，只能讓阻抗電壓大的變壓器欠負(fù)荷運(yùn)行，這樣就限制了總輸出功率，能量損耗也增加了，也就不能保證變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所以，為了避免因阻抗電壓相差過(guò)大，使并列變壓器負(fù)荷電流嚴(yán)重分配不均，影響變壓器容量不能充分發(fā)揮，規(guī)定阻抗電壓不能相差10%。
(三)接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行：
變壓器的接線組別反映了高低側(cè)電壓的相應(yīng)關(guān)系，一般以鐘表法來(lái)表示。當(dāng)并列變壓器電壓比相等，阻抗電壓相等，而接線組別不同時(shí)，就意味著兩臺(tái)變壓器的二次電壓存在著相角差á和電壓差△U，在電壓差的作用下產(chǎn)生循環(huán)電流Ic：
Ic=△E/(ZdI+ZdII)
如果以á角表示繞組組別不同的變壓器線電壓之間的夾角，而Zd用UZK表示時(shí)，循環(huán)電流可用下式表示：
Ic=2U1sin(á/2)/(ZdI+ZdII)=200sin(á/2)/[UZK1/In1+UZK2/In2]
如果In1=In2=In,UZK1=UZK2=UZK,則上式變?yōu)?/span>
Ic=100sin(á/2)/UZK
式中In、UZK可用任一臺(tái)變壓器額定電流和阻抗電壓。
假設(shè)兩臺(tái)變壓器變比相等，阻抗電壓相等，而其接線組別分別為Y/Y0-12和Y/△-11，則由接線組別可知，當(dāng)á=360°－330°=30°,UZK%=(5～6)%Ic=100sin(á/2)/UZK得IC=(4～5)In，即循環(huán)電流時(shí)額定電流的4～5倍，分析可知接線組別不同的兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，引起的循環(huán)電流有時(shí)與額定電流相當(dāng)，但其差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)均不能動(dòng)作跳閘，而過(guò)電流保護(hù)不能及時(shí)動(dòng)作跳閘時(shí)，將造成變壓器繞組過(guò)熱，甚至燒壞。
由以上分析可知，如果電壓比(變比)不相同，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行將產(chǎn)生環(huán)流，影響變壓器的出力。如果百分阻抗不相等，則變壓器所帶的負(fù)荷不能按變壓器的容量成比例分配，阻抗小的變壓器帶的負(fù)荷大，阻抗大的變壓帶的負(fù)荷反而小，也影響變壓器的出力。變壓器并列運(yùn)行常常遇到電壓比(變比)、百分阻抗不*相同的情況，可以采用改變變壓器分接頭的方法來(lái)調(diào)整變壓器阻抗值。若第三個(gè)條件不滿足將引起相當(dāng)于短路的環(huán)流，甚至燒毀變壓器；因此，接線組別不同的變壓器不能并列運(yùn)行。一般情況下，如果需將接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行，就應(yīng)根據(jù)接線組別差異不同，采取將各相異名、始端與末端對(duì)換等方法，將變壓器的接線化為相同接線組別才能并列運(yùn)行。
根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，兩臺(tái)變壓器并列，其容量比不應(yīng)超過(guò)3：1。因?yàn)椴煌萘康淖儔浩髯杩怪递^大，負(fù)荷分配極不平衡；同時(shí)從運(yùn)行角度慮，當(dāng)運(yùn)行方式改變、檢修、事故停電時(shí)，小容量的變壓器將起不到備用的作用。
變壓器的短路阻抗是指二次側(cè)短路時(shí)，在一次側(cè)加一個(gè)電壓，使電流達(dá)額定值，這個(gè)電壓與額定電壓之比就是短路阻抗．也可以說(shuō)這個(gè)電壓就是變壓器勵(lì)磁所需要的電壓。之所以叫阻抗，是因?yàn)榭梢杂盟鼇?lái)代表變壓器繞組的一個(gè)等效的阻抗值．短路阻抗在變壓器發(fā)生接地時(shí)可以限制短路電流．通常如果不計(jì)系統(tǒng)阻抗，而且把系統(tǒng)能量看作無(wú)窮大的時(shí)候，變壓器的短路電流可近似取額定電流乘上1與短路阻抗之商．比如說(shuō)，高壓側(cè)電流為100A，短路阻抗為5％，那么高壓側(cè)可承受的短時(shí)短路電流就是2000A．
樓上說(shuō)的也很重要，當(dāng)幾臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，除了電壓、連接組別、變比要相同外，短路阻抗也要盡量一致，否則會(huì)引起循環(huán)電流。