鞍山電網500 kV自耦變壓器公共繞組過負荷運行工況分析

王家勛，高殿瀅

（1.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

鞍山電網500 kV自耦變壓器公共繞組過負荷運行工況分析

王家勛1，高殿瀅2

（1.國網遼寧省電力有限公司檢修分公司，遼寧 沈陽 110003；2.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006）

針對鞍山電網500 kV自耦變壓器的運行工況，詳細分析了自耦變壓器公共繞組過負荷的運行特性；以某變電站實際運行數據為例，分析了功率因數和低壓側無功補償電容器組容量對公共繞組過負荷的影響。證明了在變壓器高壓側和低壓側同時向中壓側輸送有功和滯后無功功率的運行方式下，當變壓器負荷較大時將導致公共繞組過負荷，使高壓側和中壓側不能滿負荷運行；通過提高高壓側功率因數或減小低壓側向中壓側輸送的滯后無功功率，消除公共繞組過負荷，提高變壓器負載能力。

自耦變壓器；公共繞組過負荷；功率因數；無功功率

根據《2014年遼寧電網運行方式》，2014年擔負鞍山地區(qū)供電任務的500 kV王石變2臺主變、鞍山變2臺主變、遼陽變1號主變的負荷較重，且在系統(tǒng)事故情況下上述5臺500 kV自耦變壓器可能出現(xiàn)過負荷情況。在這種主變長期重負荷的運行工況下，不但要掌握主變過負荷時的過負荷倍數、運行時間等，還要注意自耦變壓器特有的公共繞組過負荷問題。即自耦變壓器在某種運行方式下，高壓側和中壓側的負荷均未超過額定容量，低壓繞組也未超過其額定容量，但公共繞組視在功率卻超過其額定容量，此時保護裝置將發(fā)出過負荷告警，使變壓器不能滿負荷運行，影響其負載能力［1］。針對以上問題，結合運行方式對自耦變壓器公共繞組過負荷問題進行理論分析，得出公共繞組過負荷原因及與運行方式的關系；通過實例計算，提出消除公共繞組過負荷，提高變壓器負載能力的方法。

1 公共繞組過負荷原理分析及與運行方式的關系

自耦變壓器單相結構原理如圖1所示。

高中壓繞組電壓比有：

效益系數有［2］：

式（2）中，因降壓變壓器電壓比k12＞1，故Kb＜1。

高壓側容量有：

中壓側容量有：

公共繞組額定容量有：

圖1 自耦變壓器單相結構原理圖

1.1 原理分析

目前為鞍山地區(qū)供電的500 kV王石變2臺主變、鞍山變2臺主變、遼陽變1號主變均為降壓自耦變壓器，負荷均從500 kV系統(tǒng)通過變壓器流向220 kV系統(tǒng)［3-4］，因此在實際運行中可能出現(xiàn)的運行方式分為2種：第1種是高壓側和低壓側同時向中壓側輸送有功和滯后無功功率；第2種是高壓側同時向中壓側和低壓側輸送有功和滯后無功功率。

1.1.1 按第1種運行方式分析

自耦變壓器從高壓側和低壓側同時向中壓側輸送有功和滯后無功功率，即低壓側投入無功電源（電容器組）［5］。

由圖2可知，有功功率P和滯后無功功率Q為三相的值，U為相電壓，即設高壓側和低壓側輸入變壓器，中壓側輸出變壓器。不計變壓器的有功和無功損耗以及電壓降時有P2＝P1＋P3，Q2＝Q1＋Q3，U1＝k12U2。

圖2 第1種運行方式下自耦變壓器單相原理圖

由高壓側的三相復功率可得這種運行方式下，中壓側的三相復功率為

公共繞組的三相復功率為

代入式（2）得

這種運行方式下，公共繞組的負荷（即視在功率）為

用中壓側的功率表示有

由式（5）可知，公共繞組的額定視在功率為

運行時，公共繞組不過負荷必須滿足條件：

由式（11）、（13）、（14）可知，這種運行方式下當高壓側到達額定功率時，因低壓側的有功P3或滯后無功功率Q3，有SG＞SGN，公共繞組已經過負荷。同樣，由式（12）、（13）、（14）可知，因式（12）中1-Kb＞1，這種運行方式下當中壓側到達額定功率時，因為低壓側的有功P3或滯后無功功率Q3，有SG＞SGN，公共繞組也已經過負荷。因此，自耦變壓器在高壓側和低壓側同時向中壓側輸送有功和滯后無功功率的運行方式下，公共繞組到達額定功率時，高壓側和中壓側必定不能滿負荷運行。

1.1.2 按第2種運行方式分析

自耦變壓器從高壓側同時向中壓側和低壓側輸送有功和滯后無功功率，即低壓側投入無功負載（電抗器組）。

由圖2可知，有功功率P和滯后無功功率Q為三相的值，U為相電壓，設高壓側輸入變壓器，中壓側和低壓側輸出變壓器。不計變壓器的有功和無功損耗以及電壓降時有P1＝P2＋P3，Q1＝Q2＋Q3。

這種運行方式下，中壓側的三相復功率為

代入式（7）、（15），公共繞組的三相復功率為

代入式（2）得

這種運行方式下，公共繞組的負荷（即視在功率）為用中壓側的功率表示有

由式（13）、（14）、（18）可知，這種運行方式下當高壓側到達額定功率時，因低壓側的有功P3或滯后無功功率Q3，有SG＜SGN，公共繞組不會過負荷。同樣，由式（13）、（14）、（19）可知，因式（19）中Kb-1＜1，這種運行方式下當中壓側到達額定功率時，因低壓側的有功P3或滯后無功功率Q3，有SG＜SGN，公共繞組也不會過負荷。因此，自耦變壓器在高壓側同時向中壓側和低壓側輸送有功和滯后無功功率的運行方式下，即使高壓側和中壓側滿負荷運行，公共繞組也不會過負荷。

1.2 分析結果及與運行方式的關系

a.500 kV自耦變壓器在高壓側和低壓側同時向中壓側輸送有功和滯后無功功率的運行方式下，即低壓側投入電容器組，當負荷較大時將發(fā)生公共繞組過負荷，使變壓器高壓側和中壓側不能滿負荷運行。

b.500 kV自耦變壓器在高壓側同時向中壓側和低壓側輸送有功和滯后無功功率的運行方式下，即低壓側投入電抗器組，即使高壓側和中壓側滿負荷運行，公共繞組也不會發(fā)生過負荷。

2 提高變壓器負載能力的方法

王石500 kV變電站是鞍山地區(qū)的重點電力下網節(jié)點，站內2臺1 000 MVA自耦主變壓器供給鞍山南部地區(qū)的大部分負荷，負荷高峰時段2臺主變壓器帶有功負荷近1 400 MW。以王石變1號主變?yōu)槔瓷瞎?jié)中第1種運行方式進行負荷分析，得出消除公共繞組過負荷，提高變壓器負載能力的方法。

2.1 王石變1號主變相關參數

a.額定容量：3×（334／334／100）MVA

c.66 kV側無功補償電容器組：4×30 Mvar

d.根據當前分接頭在“2”位置，可得高中壓繞組電壓比k12＝525／241.5＝2.17，效益系數Kb＝1-1／k12＝0.54，公共繞組額定容量SGN＝KbSN＝0.54×1 000＝540 MVA。

2.2 高壓側功率因數對主變負載能力的影響

在主變低壓側固定向中壓側輸送滯后無功功率120 Mvar的運行方式下，由式（11）可知，通過改變高壓側功率因數，計算出當公共繞組達到額定容量時，高壓側和中壓側的有功和無功功率。計算結果見表1。

表1 低壓側固定輸送無功120 Mvar時的計算結果

由表1可知，當主變低壓側向中壓側輸送固定容量的滯后無功功率時，高壓側的功率因數越高，主變向中壓側輸送功率的能力越強。因此可通過提高主變高壓側的功率因數，達到提高主變負載能力的目的。

2.3 低壓側輸送滯后無功功率對主變負載能力的影響

將主變高壓側功率因數固定為0.92，由式（11）可知，通過改變低壓側向中壓側輸送的滯后無功功率，計算出當公共繞組達到額定容量時，高壓側和中壓側的有功和無功功率。計算結果見表2。

表2 高壓側功率因數固定為0.92時的計算結果

由表2可知，當主變高壓側功率因數一定時，低壓側向中壓側輸送的滯后無功功率越小，主變向中壓側輸送功率的能力越強。因此可通過減小主變低壓側向中壓側輸送的滯后無功功率，即退出無功補償電容器組，達到提高主變負載能力的目的。

3 結束語

在實際電網運行中，由于500 kV變電站無功補償電容器組的單組容量較大，當變壓器負載較重且需要調壓時，應合理選擇投入電容器組的容量，避免發(fā)生公共繞組過負荷，影響變壓器的負載能力。而當變壓器發(fā)生公共繞組過負荷時，可通過提高高壓側的功率因數或減小低壓側向中壓側輸送的滯后無功功率（退出無功補償電容器組）的方法，消除公共繞組過負荷，提高變壓器負載能力。

［1］ 呂志寧，吳海濤.自耦變壓器公共繞組過負荷原因分析［J］.廣東電力，2003，16（1）：38-40.

［2］ 武 力.電力自藕變壓器效益系數的分析（上）［J］.變壓器，2001，38（11）：1-6.

［3］ 南 哲，侯玉琤，寧遼逸.500／220 kV電磁環(huán)網解環(huán)與分區(qū)運行研究［J］.東北電力技術，2014，35（3）：4-8.

［4］ 李正文，馮松起，高 凱.遼寧電網500／220 kV電磁環(huán)網解環(huán)進展及策略［J］.東北電力技術，2012，33（4）：7-9.

［5］ 孔慶東.500 kV變電所無功補償設備額定電壓的選擇與配合［J］.東北電力技術，2008，29（8）：42-45.

Analysis of Operating Conditions of Common Winding Overload for 500 kV Autotransformer in Anshan Grid

WANG Jia?xun1，GAO Dian?ying2
（1.Maintenance Branch of Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110003，China；2.Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning110006，China）

For the operating conditions of 500 kV autotransformer in Anshan Grid，operational features of autotransformer common winding overload is analyzed in detail；With a practical operation data of substation，the influence of the power factor and reactive compensation capacity at LV（Low Voltage）side of common winding overload is analyzed.It comes to the conclusion：when the active and reactive power flows simultaneously from the HV（High Voltage）side and the LV side to the MV（Middle Voltage）side，when the transformer load is heavy，overload will lead to the common winding，the power from the HV winding and the MV winding can not get to their rating value；by improving the power factor of HV side or reducing the reactive power from the LV side to the MV side，the common winding overload will be eliminated，the transformer load capacity will increase.

Autotransformer；Common winding overload；Power factor；Reactive power

TM411＋.3

A

1004-7913（2015）03-0051-04

王家勛（1983—），男，碩士，工程師，從事超高壓電網變電設備運維管理工作。

2014-12-20）