三矿6kV母线并列运行可行性分析.docx
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三矿6kV母线并列运行可行性分析
新集三矿6kV母线并列运行
可行性分析
——张磊
三矿6kV母线并列运行可行性分析
1系统概况
三矿供电系统现有两路35kV进线，第一路引自芦集220kV变电所，第二路引自凤台110kV变电所。
在两路进线中，电压等级相同，但在相位上存在300偏差，造成矿区35kV母联不能合闸，并且在6kV侧两段母线也不允许并列运行，严重影响了矿区的供电安全。
2设计方案分析
根据三矿的既有条件，虽然在35kV侧不能合母联，但通过理论分析，如果合理设置两台变压器的联结组别，在6kV侧还是可以满足并列运行条件的。
在GB/T13499-1992《电力变压器应用导则》中规定：
变压器并联运行系指并联的各变压器的两个绕组，采取端子对端子的直接相连接方式下的运行。
两台并联运行的变压器必须满足以下条件：
a.各对绕组所用的联结方法应彼此配合；
b.电压比应相等，其偏差应在允许范围内；
c.短路阻抗或阻抗电压和负载匹配；
在GB/T17468-1998《电力变压器选用导则》中规定：
变压器并联运行的条件为：
a.相位关系要相同，即钟时序数要相同；
b.电压和变压比要相同，允许偏差也相同；
c.短路阻抗相同，尽量控制在允许偏差范围±１０％以内；
d.容量比在0.5~2之间。
在DL/T572-95《电力变压器运行规程》中规定：
变压器并列运行的基本条件为：
a.联结组标号相同；
b.电压比相等；
c.阻抗电压值相等。
这些条件的确定主要是为了防止在二次侧形成环流和合理分配变压器的出力，对照此规定，我们可以合理选择变压器，使其二次侧满足此条件。
在《电力工程电气设计手册》中的第5-2节“主变压器型式的选择”中关于绕组数量和联结方式的选择条款规定“变压器绕组的联结方式必须和系统电压相位一致，否则不能并列运行。
”同时，《手册》还指出：
电力系统采用的绕组联结方式只有Y和D，各侧绕组如何组合要根据具体情况来确定。
由于三矿两条35kV进线之间存在300相位差，其35kV侧两段母线间母联不能在同时带电时合闸，所以这种运行方式不属于标准规定的并联运行，但可以通过规定的并联运行必须遵守的条件来确定两台变压器二次侧必须满足的条件。
首先分析这几个条件的实质。
2.1绕组联结方法
对于由同一个电源供电的两台变压器，当联结组标号不能配合时，在二次侧的对应线电压之间肯定会存在至少有300的相位差，由于二次侧线电压的大小是相等的，则在两个对应的线电压之间肯定会有一个至少等于0.52倍线电压的电压差：
又因为并联运行，构成了一个闭合回路，在这个电压差的作用下，即使没有负荷，也会在变压器内部产生几倍于额定电流的环流，烧坏变压器。
所以在标准中强调绕组联结方法应彼此配合是为了保证二次侧电压相位的相同。
在三矿的两条进线中，相位上存在300偏差，绝对不能直接合闸。
考虑到变压器在变换电压的同时，还能够调整相位，可以通过合理设置两台变压器的绕组联结组别，使得二次侧电压同相位。
在本方案中，第一路35kV进线变压器采用D,d12接线组，第二路35kV进线变压器采用Y,d11接线组，通过变压器接线组别的差异使得在6kV出线侧达到相同的相位。
其相序图如下所示。
图一变压器原副边电压相序图
由相序图可以看出，在1#进线上，变压器采用D,d12接线组，一次侧和二次侧同相位；在2#进线上，变压器采用Y,d11接线组，一次侧和二次侧存在300相位差，恰恰在二次侧将2#线路的相位调整为与1#线路相同，这样就符合了二次侧同相位的条件。
2.2电压比
对于并联运行的变压器，如果变比不相等，则会在二次侧两个对应绕组之间产生电势差，由于是并联运行，构成了一个闭合回路，在这个电压差的作用下，产生一个环流，占用了变压器的容量，当变比相差比较多时，还会烧坏变压器。
所以在标准中强调电压比相等是为了保证二次侧电压相位的相同。
在三矿的两台变压器中，其额定电压均为35kV/6.3kV，在二次侧提供的均为6.3kV的线电压，不会形成环流。
2.3短路阻抗
对于两台并联运行的变压器1#、2#，定义以下参数：
Se1：
1#变压器的额定容量
Se2：
2#变压器的额定容量
S1：
1#变压器的实际负荷
S2：
2#变压器的实际负荷
Uk1%：
1#变压器的短路电压百分比（变压器铭牌上有标明）
Uk2%：
2#变压器的短路电压百分比（变压器铭牌上有标明）
则并联后的负荷比例为：
当Uk1%=Uk2%时，S1/S2=Se1/Se2，两台变压器的负荷率相等，这是最理想的情况，变压器的利用率也最高。
当两台短路阻抗不同的变压器并联运行时，将造成不能按比例分配负载。
当短路阻抗小的变压器满载时，短路阻抗大的变压器却欠载，以致并联运行的变压器总容量得不到充分利用。
三矿的两台变压器不是标准规定的并联情况，但为了负载的均匀分配，也需要对短路阻抗有所要求，若假设两路进线能够提供的功率大致相同，则此两台变压器短路阻抗也应相同。
实际中，1#变的阻抗电压为7.24%，2#变的阻抗电压为7.31%，短路阻抗在允许的偏差范围内。
2.4容量比
对于并联运行的变压器，如果容量不同，则各变压器的电阻和电抗也不同，即使短路电压相同，也会产生不平衡电流，当容量相差很多时，此不平衡电流和负荷电流的合电流可能会超过允许值。
在三矿的两台变压器中，其容量均为8000kV·A，容量比为1。
由此可见，经过采用D,d12接线组的1#变和采用Y,d11接线组的2#变后，在6kV侧，符合并列运行的条件，可以合6kV母联开关，使系统转入并列运行模式。
系统接线图如下所示：
图二系统接线图
为了保证安全，在第一次投入前必须进行核相实验并且测量两段6kV母线间的电压，确认相位相同且电压等级相同后才能进行相关操作。
3系统仿真
根据设计的方案，利用Matlab软件进行了仿真计算，仿真模型如图所示：
图三仿真模型
在此模型中，为了能够更好的观察各个相关电气量的变化，我们设计了如下的仿真方案：
1．所有断路器（Breaker）初始设置均为为分闸状态。
2．Line135kVBreaker和Line235kVBreaker在系统运行0.5s后合闸，这样可以在前0.5s内观察断路器两侧的电压波形（电源相电压）。
结果如下：
Line2电压波形
Line1电压波形
图四35kV侧进线空载电压波形相位相差300（同一时间轴）
在电压波形图上可以看出，35kV侧电源进线相位相差300，符合三矿的实际情况。
3．在系统运行1s后Line16kVBreaker合闸，系统运行2s后Line26kVBreaker合闸，这样可以在0.5s~1s内观察6kV侧电压波形，验证是否同相位；在1s~3s内观察6kV侧电流波形，验证是否会有环流。
结果如下：
Line1电压波形
图五6kV侧空载电压波形相位相同（同一时间轴）
Line1电流波形
Line2电流波形
图六6kV侧线路空载电流波形（同一时间轴，2s时合母联）
在上面几个波形图中可以看出，在6kV侧两条线路电压相位相等，当Line16kVBreaker和Line26kVBreaker分闸时，35kV侧电源进线电流很小，是变压器的空载电流；6kV两段母线间母联合闸时6kV侧两条线路上的电流没有变化，其值基本为零。
4．Fuhe1Breaker和Fuhe2Breaker在系统运行4s后合闸，这样可以在5s~6s内观察6kV侧电流波形（变压器带载电流），验证两台变压器的负载分配。
结果如下：
Line1电流波形
Line2电流波形
图七6kV侧线路带载电流波形（同一时间轴）
从上图中可以看出，在带载后，6kV侧两条线路流过的负荷电流基本相等，也即两台变压器的负载分配均衡，出力相同。
由以上的仿真结果可以得出，在本方案下：
1系统6kV侧电压相同，相角相同；
2合6kV母联不会在系统中形成环流；
3两台变压器同时运行时，出力相同
这验证了方案的可行性。
4其它可行方案
若电力系统不允许6kV并列运行，在现有条件下，比较经济的方案是增设备自投（APD）装置，在切换时也会有短时停电，但时间可设置小于0.1s，对电动机没有影响，但涉及到的微机保护需要调整。
另外，建议在35kV母联断路器处和35kV母线至变压器间断路器处增设隔离开关，将变电所主接线改为外桥接线，在平时只是利用一条进线电源，大检修时可以更换线路，而变压器和断路器可以正常检修。
参考文献：
[1]GB/T13499-1992《电力变压器应用导则》
[2]GB/T17468-1998《电力变压器选用导则》
[3]DL/T572-95《电力变压器运行规程》
[4]戈东方.电力工程电气设计手册（电气一次部分）[M]，北京：
水利电力出版社，1989.
[5]方荣惠.电机原理及拖动基础[M]，徐州：
中国矿业大学出版社，2002.
[6]许实章.电机学（上册）[M]，北京：
机械工业出版社，1996.
[7]关根志.某扩建电厂主变绕组联结方式的分析[J]，变压器，Vol.37No.4.
附件1：
1#电力变压器相关数据
产品标准GB1094.3,5-85GB1094.1,2-85产品代号1AB.710
认定证书号1093400223出厂序号865
产品型号SF9-8000/35相数3相
额定容量8000KVA
额定电压35kV/6.3kV
额定频率50Hz
联结组标号D,d12
冷却方式ONAF
绝缘水平AC85/L1200使用条件户外
调压级数
高压
低压
阻抗电压
（%）
电压（V）
电流（A）
电压（V）
电流（A）
Ⅰ
36750
6300
733
7．24
Ⅱ
35875
Ⅲ
35000
132
Ⅳ
34125
Ⅴ
33250
器身吊重8715Kg绝缘油重2580Kg
总重13835Kg
安庆变压器有限公司制造
附件2：
2#电力变压器相关数据
产品标准GB1094.3,5-85GB1094.1,2-85产品代号
认定证书号出厂序号
产品型号SF9-8000/35相数3相
额定容量8000KVA
额定电压35kV/6.3kV
额定频率50Hz
联结组标号Y,d11
冷却方式ONAN
绝缘水平AC85/L1200使用条件户外
调压级数
高压
低压
阻抗电压
（%）
电压（V）
电流（A）
电压（V）
电流（A）
Ⅰ
36750
125.7
6300
733
7.31
Ⅱ
35875
128.7
Ⅲ
35000
132
Ⅳ
34125
135.3
Ⅴ
33250
138.9
器身吊重8175Kg绝缘油重2620Kg
总重13925Kg
安庆变压器有限公司制造
附件3：
凤台供电公司核相试验报告
一装置地点：
八里塘煤矿运行编号：
母联
二试验日期：
2004年5月21日
凤台变
三试验数据
芦集变
A
B
C
A
12
35
30
B
30
12
35
C
35
30
12
四结论
35kV凤矿3658线与芦八3460线相序相同，正相序存在相位差，两线路不能合环。
五试验人员
夏向东张磊郑念涛
凤台县供电局试验室
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