引言

在城網運行中,電力系統(tǒng)正常運行方式下以高電壓等級逐級向低電壓等級供電,通過變壓器的逐步降壓滿足配電網用戶的用電需求。在用電負荷不斷增加的同時,國網公司及其各供電公司也在不斷進行城網增容及改造工程,這個過程中,由于供電網絡的建設進度原因,為在工程改造期間保證用戶供電可靠性,滿足雙電源運行要求,盡最大可能發(fā)揮供電設備作用,可將多繞組變壓器以串聯(lián)方式運行,實現(xiàn)特殊供電路徑的供電方案。

在通常的輻射狀電網中,變壓器作為將不同電壓等級的電網聯(lián)系起來的單一元件,一般可分為兩種:升壓變壓器和降壓變壓器。同類型的變壓器存在并聯(lián)運行的可能性,也就是常稱的合環(huán)運行。本文討論的變壓器串聯(lián)運行與正常不同,涉及的是多繞組變壓器或三繞組變壓器。將兩臺三繞組變壓器的中壓側連在一起,一臺電源在其高壓側,另一臺負荷在其低壓側,稱多繞組變壓器串聯(lián)運行。

在電網的實際運行中,這種供電方式很少有實際的案例分析,但出于電網事故或電網運行方式的需要,也確實會有這樣的運行接線。

為了確保在這種特殊的變壓器串聯(lián)接線情況下供電質量和操作風險在可控范圍內,可以利用變壓器的等值電路和參數(shù)計算方法求出理論值。本文將對此進行詳細計算分析,以解決母線電壓低和環(huán)網并解潮流計算困難的問題:并通過實際運行數(shù)據(jù)的比較,驗證多繞組變壓器串聯(lián)運行特殊方式的可行性,為提高電網運行可靠性提供經驗。

1系統(tǒng)正常和特殊運行方式介紹

目前,上海電網的網架特點是500kk環(huán)網運行、220kk分區(qū)運行。電磁環(huán)網是電網發(fā)展過程中的產物,220kk電網初期為滿足輸配電要求形成了500kk、220kk電磁環(huán)網。而隨著500kk網架的加強,許多220kk電磁環(huán)網為了限制短路要求開環(huán)運行,這也伴隨著110kk及以下配電網的合環(huán)問題。電磁環(huán)網是指不同電壓等級運行的線路通過變壓器電磁回路的連接而構成的環(huán)路。電磁環(huán)網存在的主要原因是:一般情況下,往往在高一級電壓線路投入運行初期,由于高一級電壓網絡尚未形成或網絡尚不堅強,為保證輸電能力或保重要負荷而不得不電磁環(huán)網運行。合環(huán)是指在電力系統(tǒng)電氣操作中將線路、變壓器或斷路器串構成的網絡閉合運行的操作,目的是轉供負荷。合環(huán)需要一定的必備條件:合環(huán)點相位應一致:如首次合環(huán)或檢修后可能引起相位變化的,必須經測定證明合環(huán)點兩側相位一致:如屬于電磁環(huán)網,則環(huán)網內的變壓器組別之差為零:特殊情況下,經計算校驗繼電保護不會誤動作及有關環(huán)路設備不過載,允許變壓器差30o時進行合環(huán)操作:合環(huán)后不會引起環(huán)網內各元件過載:各母線電壓不應超過規(guī)定值:繼電保護與安全自動裝置應適應環(huán)網運行方式:電網穩(wěn)定符合規(guī)定的要求。

如圖1所示,220kk某站有三臺220kk/110kk/35kk三繞組變壓器,分別為1號、2號、3號變壓器,容量為240MkA,其上級電源分別來自A站、B站、C站。由于1號主變?yōu)樾略龅谌芈?故35kk未投運,其僅運行220kk/110kk:2號主變、3號主變?yōu)槿\行,即某站的正常運行方式。由于城網改造的要求,現(xiàn)需要將220kkB站至220kk某站的2號主變電源線停役,在典型的停役運行方式下,220kV某站2號主變35kV將負荷通過35kV分段開關轉移至某站3號主變35kV供電,但這將導致220kV某站35kV所供用戶達到多個單電源運行風險狀態(tài)。假設220kV某站3號主變及其上級電源故障,較多用戶及35kV變電站將全站停電。為此,將安排220kV某站1號主變110kV通過110kV一/二分段供應2號主變110kV,再降壓至35kV二段母線,仍保持220kV某站35kV負荷雙電源供電要求。

2某站變壓器的等值電路和參數(shù)計算

變壓器參數(shù)一般應歸算到低壓側,因低壓側只有一個分接頭,歸算到低壓側的變壓器參數(shù)不隨變壓器變比的改變而變化。對于三繞組變壓器的主變,高中低壓各側繞組的短路損耗(APs1、APs2、APs3)的計算如公式(1)所示:

式中:APs(1-2)、APs(1-3)、APs(2-3)分別為高中低壓側繞組中某一相繞組開路時,其余兩側繞組的短路功率損耗之和。進而可計算各側繞組的等值電阻Ri,方法如公式(2)所示:

式中:vN和sN分別為變壓器額定限電壓和三相額定容量。

再基于電壓基準值uN,求得等值電阻Ri的標幺值Ri*,如公式(3)所示:

在此基礎上可計算主變各側繞組的電抗標幺值。三繞組變壓器電抗的壓降可認為近似等于短路電壓,故各繞組電抗標幺值的計算方法如公式(4)所示:

式中:uK1*、uK2*、uK3*分別為各繞組的短路電壓:uK(1-2)%、uK(1-3)%、uK(2-3)%分別為各繞組的短路電壓百分數(shù)。

某站3臺主變的參數(shù)可以表1中新江灣站的數(shù)據(jù)為例。

基于以上公式,代入新江灣站主變的參數(shù),可以求得三臺主變高、中、低壓側的電阻和電抗標幺值,如公式(5)所示:

3圖某和串變壓器電壓降落計算及其損耗

3.1電壓降落

當220kVB站至220kV某站2號主變電源線停役時,根據(jù)前文所述運行方式進行調整,主變T2的220kV繞組與上級站的連接斷開,主變T1的110kV繞組連接至T2的110kV繞組,作為T2的供電電源,由此可以得到某站1號主變與2號主變串聯(lián)運行時的等效電路,如圖2所示。

根據(jù)變壓器串聯(lián)的等效電路圖,計算等效電路中的等效電阻REQ \* jc3 \* hps11 \o\al(\s\up 3(和電抗XEQ \* jc3 \* hps11 \o\al(\s\up 3(,計算方法如公式(6)所示:

進而采用歸算至220kV側的功率(P1*、Q1*)和電壓量U1*的標幺值可計算主變1和主變2串聯(lián)后的電壓降落,結果如公式(5)和(7)所示:

從計算結果可知,該運行方式下某站2號主變35kV母線電壓比正常方式下降了0.3kV,主變每分接頭上調1擋后35kV母線電壓將升高084kV,故應將某站+號主變分接頭上調1擋(從2擋改為3擋),電壓變化如圖3所示。

3.2功率損耗

同理,串聯(lián)后變壓器的損耗計算可由公式(9)計算:

計算結果表明,該運行方式負荷損耗在運行允許范圍內。

4母線電壓低的解決方案

母線電壓是電網安全穩(wěn)定運行的重要指標之一。根據(jù)電壓降落計算可見,35KV母線電壓過低,可以通過兩種方法來解決,以提高母線電壓水平。一種方法是在35KV母線投入電容器運行或退出電抗器運行。由于母線電壓低是系統(tǒng)方式改變引起的,故通過電容器和電抗器調節(jié)方式只能在有限范圍內緩解,同時也失去了再次調整的靈活手段。另一種方法是通過調節(jié)變壓器高壓側主變分接頭檔位來實現(xiàn)。把主變分接頭檔位上調完全可以實現(xiàn)35KV和110kV母線電壓提高的目的,同時也保留了電容器和電抗器調節(jié)的靈活手段。在目前城網中大容量的220kV變壓器可以逐步配置有載調壓的變壓器,其優(yōu)勢在于對110kV和35KV的母線電壓可進行不停電調整,并提高電壓質量。

5環(huán)網并解潮流計算方法

以上海220kV新江灣站兩臺主變串聯(lián)特殊運行方式為例,環(huán)網并解潮流計算是其關鍵問題。若兩臺變壓器的上級電源不在同一系統(tǒng),合環(huán)時會有系統(tǒng)環(huán)流從變壓器中流過,這時系統(tǒng)的負荷角差越大,環(huán)流越大,輕者造成變壓器跳閘,嚴重時會將變壓器燒損。因此,對于規(guī)程規(guī)定不允許合環(huán)的系統(tǒng),操作時要嚴格按規(guī)程執(zhí)行。而且可能的合環(huán)點應加裝防誤閉鎖。在調度操作過程中,為了估算兩個系統(tǒng)的合解環(huán)情況,通過下述計算方法可理論上得出環(huán)流的理論數(shù)值和范圍。

5.1主變的繼電保護定值調整方法

需要將2號主變的電流保護時限進行調整(從3.2s改為2.9s),以滿足非正常運行方式下保護的差級動作(與2號主變110KV過流保護3.2s時限配合),在35KV母線故障下保證能正確動作,以防止│號主變110KV越級跳閘造成負荷失電。

5.2環(huán)網運行的環(huán)流大小

環(huán)網運行時環(huán)流大小的計算方法如公式(10)所示:

該方式下環(huán)流較大,但大小在保護范圍內,合環(huán)操作是安全的?；谛陆瓰痴局髯兊膮?shù),可以得到環(huán)網運行時的潮流變化如公式(11)所示:

6結語

為了在工程改造期間保證用戶供電可靠性,滿足雙電源運行要求,盡最大可能發(fā)揮供電設備作用,可將多繞組變壓器以串聯(lián)方式運行,實現(xiàn)特殊供電路徑的供電方案。本文利用變壓器的等值電路模型計算了變壓器串聯(lián)運行時的電壓降落及損耗,提出了保證電壓合格率及合解環(huán)潮流安全的技術手段,論證了多繞組變壓器串聯(lián)運行方式的可行性。本文的計算結果表明,在電力系統(tǒng)中多繞組變壓器在特殊運行方式下完全可以正常供電,并且其運行損耗也滿足功率因數(shù)要求,對提升電力系統(tǒng)城網改造期間的可靠性有很大幫助,有效避免了單電源運行風險。