變壓器運(yùn)行方式對短路電流的影響

變壓器運(yùn)行方式對短路電流的影響摘要：電力供電系統(tǒng)的絕緣老化引起的損壞，誤操作或自然環(huán)境災(zāi)害等因素導(dǎo)致的短路電流，一般比正常電流大得多，好幾百倍，在大的電力系統(tǒng)中電流甚至達(dá)到幾萬安培到幾十萬安培。近年來，大型降壓變壓器短路損壞故障急劇上升，根據(jù)中國電科院近幾年統(tǒng)計，變壓器短路損壞故障已經(jīng)成為變壓器損壞的首要因素，也是威脅電網(wǎng)正常安全運(yùn)行的重要因素之一。

關(guān)鍵詞：變壓器；運(yùn)行方式；短路電流；影響

1理論分析

1.1低壓短路

1.1.1工況1高壓供電，高、中壓并列運(yùn)行

在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，對于降壓變而言，一般是高壓供電，高壓及中壓并列運(yùn)行，低壓分列運(yùn)行。以兩臺變壓器并列運(yùn)行為例，假設(shè)高壓側(cè)供電，中壓側(cè)懸空，低壓側(cè)短路。

以一臺常規(guī)220kV容量為180MVA主變的參數(shù)來看，UZH-M=14%，UZH-L=24%，UZM-L=8%，進(jìn)一步推導(dǎo)：

UHV1=（UZH-M+UZH-L-UZM-L）/2=15%

UMV1=（UZH-M+UZM-L-UZH-L）/2=-1%

ULV1=（UZH-L+UZM-L-UZH-M）/2=9%

兩臺并列運(yùn)行時，阻抗相差不超過2%，假設(shè)兩臺變壓器阻抗相同，容量相同，此時兩臺變壓器高中壓并列后低壓側(cè)短路等值阻抗計算：

Uz=ULV1+（UHV2+UMV2+UMV1）//UHV1=（9+13×15/28）/100=15.96%

1.1.2工況2高壓供電，高壓并列運(yùn)行，中壓、低壓分列運(yùn)行

高壓供電，高壓并列運(yùn)行，中壓、低壓分列運(yùn)行時的低壓側(cè)短路的等值電路圖。

兩臺并列運(yùn)行的電路未影響另一臺的等值阻抗。低壓短路高壓供電時的阻抗為UZH-L=24%，該值與GB1094.5-2016《電力變壓器短路》不考慮系統(tǒng)阻抗時的值相同。

1.1.3短路電流計算

按照GB1094.5-2016《電力變壓器短路》不考慮系統(tǒng)阻抗時短路電流的計算方法，高壓供電，低壓短路時，短路電流：

IHdl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/230×100/24=1882.7A

ILdl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/35×100/24=12372.2A

但是如果按照工況1時，此時短路電流為：

IHdl=Ir×100/UZH-L=

180000/1.732/230×100/15.96=2831.2A

ILdl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/35×100/15.96=18674.95A

從計算的結(jié)果來看，當(dāng)高壓供電，兩臺變壓器高、中壓并列運(yùn)行時，短路變壓器的等值阻抗降低，增大了變壓器的短路電流。

1.2中壓短路

1.2.1工況1：高壓供電，高、中壓并列運(yùn)行

高壓供電，高壓并列運(yùn)行，中壓、低壓分列運(yùn)行時的中壓側(cè)短路的等值電路圖。同理，此時中壓側(cè)兩臺變壓器高中壓并列后低壓側(cè)短路等值阻抗計算：

Uz=（UHV1+UMV1）//（UHV2+UMV2）=（14×14/28）/100=7%

1.2.2工況2：高壓供電，高壓并列運(yùn)行，中壓、低壓分列運(yùn)行

高壓供電，高壓并列運(yùn)行，中壓、低壓分列運(yùn)行時的中壓側(cè)短路的等值電路圖。

從等值電路圖情況來看，兩臺并列運(yùn)行的電路未影響另一臺的等值阻抗。中壓短路高壓供電時的阻抗為UZH-L=14%，該值與GB1094.5-2016《電力變壓器短路》不考慮系統(tǒng)阻抗時的值相同。

1.2.3短路電流計算

IHdl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/230×100/14=3227.5A

ILMl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/110×100/14=6748.4A

但是如果按照工況1時，此時短路電流為：

IHdl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/230×100/7=6455A

ILdl=Ir×100/UZH-L=180000/1.732/110×100/7=13496.8A

但是由于存在兩個電路并列，每臺變壓器分得的短路電流的一半，因此每臺變壓器與GB1094.5-2016《電力變壓器短路》不考慮系統(tǒng)阻抗計算結(jié)果一致。

2仿真計算

2.1低壓短路

2.1.1工況1：高壓供電，高、中壓并列運(yùn)行-三臺變壓器

考慮到對稱短路計算變壓器短路最為嚴(yán)重，因此本文計算的數(shù)據(jù)都是以對稱短路為基礎(chǔ)進(jìn)行計算的。

2.1.2工況1：高壓供電，高、中壓并列運(yùn)行-兩臺變壓器

兩臺變壓器并列運(yùn)行低壓側(cè)短路電流結(jié)果如2.1.3工況2：高壓供電，高壓并列運(yùn)行，中壓、低壓分列運(yùn)行高壓并列運(yùn)行，中、低壓分列運(yùn)行短路電流結(jié)果。按照GB1094.5-2016《電力變壓器短路》中的相關(guān)規(guī)定，對于中壓無電源點(diǎn)，高-低運(yùn)行方式下，不考慮系統(tǒng)阻抗時的短路電流為2969.32/24×100=12372A，從以上的計算結(jié)果來看，在中壓、低壓分列運(yùn)行的工況下，短路電流未超過無窮大系統(tǒng)的電流，但是在中壓并列運(yùn)行后，在兩臺、三臺變壓器并列運(yùn)行情況下，均超過無窮大系統(tǒng)的短路電流，并且隨著并列變壓器數(shù)量的增多，變壓器的短路電流將會逐步增大。

2.2中壓短路

2.2.1工況1：高壓供電，高、中壓并列運(yùn)行

高、中壓并列運(yùn)行，低壓分列運(yùn)行短路電流如表1所示。

表1高、中壓并列運(yùn)行，低壓分列運(yùn)行短路電流

2.2.2工況2：高壓供電，高壓并列運(yùn)行

高壓并列運(yùn)行，中、低壓分列運(yùn)行短路電流如表2所示。從仿真計算的結(jié)果來看，中壓并列運(yùn)行后，流過變壓器的中壓側(cè)短路電流變化不大，幾乎沒有影響。

表2高壓并列運(yùn)行，中、低壓分列運(yùn)行短路電流

3電網(wǎng)中實(shí)際運(yùn)行情況

3.1某220kV變壓器短路

電網(wǎng)中實(shí)際運(yùn)行的變壓器不可避免的會受到短路沖擊。某220kV變壓器運(yùn)行中低壓側(cè)發(fā)生短路，其高、中壓側(cè)采用并列運(yùn)行的方式，低壓采用分列運(yùn)行方式，由于雷擊導(dǎo)致1號主變低壓側(cè)近區(qū)發(fā)生短路?，F(xiàn)場運(yùn)行時，中壓側(cè)無潮流流入變電站?，F(xiàn)場短路時，低壓側(cè)短路電流達(dá)到14.1kA，按照該主變的高-低阻抗25.07%，容量為180000kVA，低壓電壓為37kV，在不考慮系統(tǒng)阻抗的情況下變壓器的短路電流可以達(dá)到11.2kA，因此由于并列運(yùn)行的方式，已經(jīng)導(dǎo)致超過了該變壓器無窮大系統(tǒng)的運(yùn)行方式。

3.2某110kV變壓器短路

某110kV變壓器運(yùn)行中低壓側(cè)發(fā)生短路，其高、中壓側(cè)采用并列運(yùn)行的方式，低壓采用分列運(yùn)行方式，因?yàn)榫€夾損壞引起三相短路，現(xiàn)場運(yùn)行時，中壓側(cè)無潮流流入變電站?，F(xiàn)場短路時，低壓側(cè)短路電流達(dá)到24kA，按照該主變的高-低阻抗18.52%，容量為63000kVA，低壓電壓為10.5kV，在不考慮系統(tǒng)阻抗的情況下變壓器的短路電流可以達(dá)到18.7kA，因此由于并列運(yùn)行的方式，已經(jīng)導(dǎo)致超過了該變壓器無窮大系統(tǒng)的運(yùn)行方式。

結(jié)論

建議各運(yùn)行單位在不影響系統(tǒng)性能及供電可靠性時，可以采用中壓分列運(yùn)行方式，以降低變壓器的短路電