变压器运行方式对短路电流的影响

变压器运行方式对短路电流的影响

李艳敏

天津市特变电工变压器有限公司天津300308

摘要：电力供电系统的绝缘老化引起的损坏，误操作或自然环境灾害等因素导致的短路电流，一般比正常电流大得多，好几百倍，在大的电力系统中电流甚至达到几万安培到几十万安培。近年来，大型降压变压器短路损坏故障急剧上升，根据中国电科院近几年统计，变压器短路损坏故障已经成为变压器损坏的首要因素，也是威胁电网正常安全运行的重要因素之一。

关键词：变压器；运行方式；短路电流；影响

1理论分析

1.1低压短路

1.1.1工况1高压供电，高、中压并列运行

在电网实际运行中，对于降压变而言，一般是高压供电，高压及中压并列运行，低压分列运行。以两台变压器并列运行为例，假设高压侧供电，中压侧悬空，低压侧短路。

以一台常规220kV容量为180MVA主变的参数来看，UZH-M=14%，UZH-L=24%，UZM-L=8%，进一步推导：

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%

两台并列运行时，阻抗相差不超过2%，假设两台变压器阻抗相同，容量相同，此时两台变压器高中压并列后低压侧短路等值阻抗计算：

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

1.1.2工况2高压供电，高压并列运行，中压、低压分列运行

高压供电，高压并列运行，中压、低压分列运行时的低压侧短路的等值电路图。

两台并列运行的电路未影响另一台的等值阻抗。低压短路高压供电时的阻抗为UZH-L=24%，该值与GB1094.5-2016《电力变压器短路》不考虑系统阻抗时的值相同。

1.1.3短路电流计算

按照GB1094.5-2016《电力变压器短路》不考虑系统阻抗时短路电流的计算方法，高压供电，低压短路时，短路电流：

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

但是如果按照工况1时，此时短路电流为：

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

从计算的结果来看，当高压供电，两台变压器高、中压并列运行时，短路变压器的等值阻抗降低，增大了变压器的短路电流。

1.2中压短路

1.2.1工况1：高压供电，高、中压并列运行

高压供电，高压并列运行，中压、低压分列运行时的中压侧短路的等值电路图。同理，此时中压侧两台变压器高中压并列后低压侧短路等值阻抗计算：

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

1.2.2工况2：高压供电，高压并列运行，中压、低压分列运行

高压供电，高压并列运行，中压、低压分列运行时的中压侧短路的等值电路图。

从等值电路图情况来看，两台并列运行的电路未影响另一台的等值阻抗。中压短路高压供电时的阻抗为UZH-L=14%，该值与GB1094.5-2016《电力变压器短路》不考虑系统阻抗时的值相同。

1.2.3短路电流计算

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

但是如果按照工况1时，此时短路电流为：

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

但是由于存在两个电路并列，每台变压器分得的短路电流的一半，因此每台变压器与GB1094.5-2016《电力变压器短路》不考虑系统阻抗计算结果一致。

2仿真计算

2.1低压短路

2.1.1工况1：高压供电，高、中压并列运行-三台变压器

考虑到对称短路计算变压器短路最为严重，因此本文计算的数据都是以对称短路为基础进行计算的。

2.1.2工况1：高压供电，高、中压并列运行-两台变压器

两台变压器并列运行低压侧短路电流结果如2.1.3工况2：高压供电，高压并列运行，中压、低压分列运行高压并列运行，中、低压分列运行短路电流结果。按照GB1094.5-2016《电力变压器短路》中的相关规定，对于中压无电源点，高-低运行方式下，不考虑系统阻抗时的短路电流为2969.32/24×100=12372A，从以上的计算结果来看，在中压、低压分列运行的工况下，短路电流未超过无穷大系统的电流，但是在中压并列运行后，在两台、三台变压器并列运行情况下，均超过无穷大系统的短路电流，并且随着并列变压器数量的增多，变压器的短路电流将会逐步增大。

2.2中压短路

2.2.1工况1：高压供电，高、中压并列运行

高、中压并列运行，低压分列运行短路电流如表1所示。

表1高、中压并列运行，低压分列运行短路电流

2.2.2工况2：高压供电，高压并列运行

高压并列运行，中、低压分列运行短路电流如表2所示。从仿真计算的结果来看，中压并列运行后，流过变压器的中压侧短路电流变化不大，几乎没有影响。

表2高压并列运行，中、低压分列运行短路电流

3电网中实际运行情况

3.1某220kV变压器短路

电网中实际运行的变压器不可避免的会受到短路冲击。某220kV变压器运行中低压侧发生短路，其高、中压侧采用并列运行的方式，低压采用分列运行方式，由于雷击导致1号主变低压侧近区发生短路。现场运行时，中压侧无潮流流入变电站。现场短路时，低压侧短路电流达到14.1kA，按照该主变的高-低阻抗25.07%，容量为180000kVA，低压电压为37kV，在不考虑系统阻抗的情况下变压器的短路电流可以达到11.2kA，因此由于并列运行的方式，已经导致超过了该变压器无穷大系统的运行方式。

3.2某110kV变压器短路

某110kV变压器运行中低压侧发生短路，其高、中压侧采用并列运行的方式，低压采用分列运行方式，因为线夹损坏引起三相短路，现场运行时，中压侧无潮流流入变电站。现场短路时，低压侧短路电流达到24kA，按照该主变的高-低阻抗18.52%，容量为63000kVA，低压电压为10.5kV，在不考虑系统阻抗的情况下变压器的短路电流可以达到18.7kA，因此由于并列运行的方式，已经导致超过了该变压器无穷大系统的运行方式。

结论

建议各运行单位在不影响系统性能及供电可靠性时，可以采用中压分列运行方式，以降低变压器的短路电流，对防止变压器损坏有重要意义。

参考文献：

[1]刘连兴，王健，边庆恺.并联运行的三绕组电力变压器短路电流计算[J].变压器，2017，51（8）：21-22.

[2]岳国良，刘宏亮，高树国，等.220kV三绕组降压变压器对称短路电流分析与计算[J].变压器，2017，51（8）：11-13.