山西晉中500 kV 變電站3 號(hào)主變壓器擴(kuò)建問題研究

任愛平，劉麗花，王凱凱

（國網(wǎng)山西電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司， 山西太原 030001）

0 引言

近年來，隨著山西經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，以及電力行業(yè)的擴(kuò)容增容，各地電網(wǎng)的供電負(fù)荷不斷增加，尤其是山西中部的晉中地區(qū)供電負(fù)荷增長迅速， 主要集中在焦化、 瑪鋼鑄造、 鋼鐵、 鋁業(yè)等產(chǎn)業(yè)，2016 年—2019 年該地區(qū)負(fù)荷年均增速達(dá)到17%，2018 年、2019年負(fù)荷達(dá)到3 260 MW、3 310 MW， 晉中500 kV 變電站2 臺(tái)750 MVA 主變壓器（以下簡稱“主變”）最大負(fù)荷分別為107 MW、86 MW， 最大負(fù)載率分別為71%、57.3%，主變不滿足N-1 運(yùn)行要求。 為滿足晉中及太原南部地區(qū)負(fù)荷迅速增長的需求，提高區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性， 急需擴(kuò)建晉中500 kV 變電站3 號(hào)主變，預(yù)計(jì)該工程將于2022 年投產(chǎn)。

1 晉中500 kV 變電站3 號(hào)主變擴(kuò)建后運(yùn)行方式的變化

晉中 500 kV 變電站現(xiàn)有 1 號(hào)、2 號(hào)主變 2×750 MVA，本期擴(kuò)建3 號(hào)主變1 000 MVA；遠(yuǎn)期晉中 1 號(hào)、2 號(hào)主變?cè)鋈轂?2×1 000 MVA， 晉中變電站終期規(guī)模為3×1 000 MVA。

晉中500 kV 變電站目前出線情況如下。

a） 500 kV 母線采用 3/2 接線， 最終出線規(guī)模8 回，分別向北南方向出線。 北出線從西至東依次為：備用、龍晉線、瑞晉I 線、瑞晉II 線；南出線從西至東依次為：晉霍II 線、晉霍I 線、晉榆I 線、晉榆II 線。 8 回出線與2 臺(tái)主變進(jìn)線最終組成5 個(gè)完整串，現(xiàn)已建成7 回出線，與1 號(hào)、2 號(hào)主變進(jìn)線組成4 個(gè)完整串和1 個(gè)不完整串。

b） 220 kV 采用雙母雙分段接線，終期出線規(guī)模12 回，現(xiàn)有出線9 回，備用3 回，由南向北依次排列為文水、平遙、東觀Ⅱ回、東觀Ⅰ回、貫家堡Ⅱ回、貫家堡Ⅰ回、備用2 回、西谷Ⅰ回、西谷Ⅱ回、新材料站、備用1 回。

3 號(hào)主變擴(kuò)建后，晉中變電站220 kV 母線短路電流超標(biāo)，根據(jù)2020 年《山西“十四五”220 kV 電網(wǎng)規(guī)劃報(bào)告》及《山西中部電網(wǎng)解環(huán)措施專題報(bào)告》，采取晉中變電站220 kV 母線分母措施來降低該站短路電流，短路電流值如表1 所示。 分母措施實(shí)施后， 晉中變電站3 號(hào)主變與2 號(hào)主變并列運(yùn)行，共同接帶220 kV CD 母主供晉中負(fù)荷，1 號(hào)主變接帶220 kV AB 母主供太原負(fù)荷。

表1 晉中變電站3 號(hào)主變擴(kuò)建后短路電流 kA

根據(jù) DL/T 5218—2012《220 ～750 kV 變電站設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》中的規(guī)定：“采用一個(gè)半斷路器接線時(shí)……當(dāng)變壓器超過2 臺(tái)時(shí)，其中2 臺(tái)進(jìn)串，其他變壓器可不進(jìn)串，直接經(jīng)斷路器接母線。”目前晉中變電站已有2 臺(tái)主變?nèi)氪C合考慮3 號(hào)主變預(yù)留位置以及規(guī)程要求，3 號(hào)主變直接接入晉中500 kVⅡ母。 具體情況如圖1 所示。

圖1 3 號(hào)主變擴(kuò)建后晉中變電站500 kV電氣接線配串示意圖

2 過渡期間主變并列運(yùn)行分析

根據(jù)《電力變壓器選用導(dǎo)則》（GB/T 17468—2008）6.1 規(guī)定，電力變壓器并聯(lián)（并列）運(yùn)行必須滿足以下要求：鐘時(shí)序數(shù)要嚴(yán)格相等；電壓和電壓比要相同，允許偏差也相同（盡量滿足電壓比在允許偏差范圍內(nèi)），調(diào)壓范圍與每級(jí)電壓要相同；短路阻抗相同，允許差值不得超過±10%，還應(yīng)注意極限正分接位置短路阻抗與極限負(fù)分接位置短路阻抗要分別相同；容量比在0.5～2 之間；頻率相同[1]。

由于山西中部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)緊密、 短路電流較大，所以晉中變電站3 號(hào)主變選擇大容量高阻抗參數(shù)（詳見表 2）。 晉中 220 kV 分母措施實(shí)施后，2 號(hào)、3號(hào)主變并列運(yùn)行，高、中壓側(cè)并列運(yùn)行的2 臺(tái)主變，其阻抗電壓值Uk1-2分別為14%和20%，超過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“阻抗電壓值偏差小于10%”的要求范圍，不滿足《電力變壓器選用導(dǎo)則》（GB/T 17468—2008）6.1 規(guī)定。 因此，有必要對(duì)這2 臺(tái)變壓器并列運(yùn)行情況下的負(fù)荷分配以及循環(huán)電流進(jìn)行計(jì)算，核實(shí)是否滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求。

表2 晉中變電站2 號(hào)與3 號(hào)主變參數(shù)對(duì)比

由于2 臺(tái)變壓器參數(shù)不同，因此并列運(yùn)行期間會(huì)存在以下問題。

a） 負(fù)荷分配問題。 由于2 臺(tái)變壓器均為降壓變壓器，低壓繞組按不允許并列運(yùn)行設(shè)計(jì)，故僅校核高、中壓繞組并列運(yùn)行工況。 主變負(fù)載系數(shù)β 與阻抗電壓Uk1-2成反比，不同參數(shù)主變共同承擔(dān)負(fù)載時(shí)，負(fù)載系數(shù)不相等；實(shí)際運(yùn)行時(shí)，通常不允許變壓器長期過載，如果以任一臺(tái)都不過載為前提來考慮主變總的承載能力， 在不使任一臺(tái)過載的情況下，阻抗電壓小的變壓器先滿載，阻抗電壓大的變壓器不滿載，其共同承擔(dān)的最大容量將小于額定容量之和[2]。 通過上述分析可知，晉中變電站 2 號(hào)、3 號(hào)主變并列運(yùn)行期間，3 號(hào)主變?nèi)萘坎荒艹浞职l(fā)揮作用，2 臺(tái)主變所能提供的最大負(fù)載為

在晉中站1 號(hào)、2 號(hào)主變?cè)鋈莨こ虒?shí)施后，3 臺(tái)主變?nèi)萘烤鶠? 000 MVA，且阻抗參數(shù)相同。 只有2 號(hào)、3 號(hào)主變滿足電力變壓器并聯(lián)（并列）運(yùn)行條件，主變?nèi)萘坎拍艹浞掷谩?/p>

b） 循環(huán)電流問題。 并列運(yùn)行的變壓器由于其變比不同或接線組別不同，當(dāng)一次側(cè)接入同一電源上，二次側(cè)就會(huì)出現(xiàn)電壓差，如果二次側(cè)互相接通，在電壓差的作用下，就會(huì)有電流在2 臺(tái)變壓器之間流通，這個(gè)電流就稱為環(huán)流。 環(huán)流不僅占據(jù)變壓器部分容量，還將增加變壓器損耗，使變壓器輸出能力降低[3]。 2 臺(tái)并列運(yùn)行的變壓器，在變比接近、阻抗接近的情況下，其環(huán)流是比較微小的，不足以影響變壓器的正常運(yùn)行。

由于晉中變電站2 號(hào)、3 號(hào)主變?nèi)萘坎煌⒆杩闺妷翰煌圆⒘羞\(yùn)行期間2 臺(tái)主變之間會(huì)產(chǎn)生一定的環(huán)流。過渡期間2 臺(tái)主變之間的環(huán)流計(jì)算過程如下。

2 臺(tái)變壓器繞組的漏抗分別為

變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，由于負(fù)載阻抗壓降（電壓調(diào)整率）的存在，二次側(cè)實(shí)際輸出電壓并非為名義的額定電壓，其減小的數(shù)值為負(fù)載阻抗壓降。 考慮主變滿載時(shí)功率因數(shù)cosφ=0.9，額定分接下變壓器二次側(cè)電壓調(diào)整率為

2 號(hào)、3 號(hào)主變二次側(cè)實(shí)際輸出電壓為

并列運(yùn)行主變間二次側(cè)環(huán)流為

從以上計(jì)算和分析可知，晉中變電站3 號(hào)主變與2 號(hào)主變短期并列運(yùn)行是可行的，雖然存在負(fù)荷分配不均和環(huán)流問題，但環(huán)流不大，不會(huì)影響2 臺(tái)主變的正常運(yùn)行。 長期來說，該運(yùn)行方式會(huì)導(dǎo)致主變損耗較大，不利于發(fā)揮大容量主變的優(yōu)勢(shì)。

3 結(jié)論和建議

綜上所述， 晉中500 kV 變電站3 號(hào)主變擴(kuò)建后，不同參數(shù)的主變并列運(yùn)行期間，雖然基本能夠滿足主變擴(kuò)建初期該區(qū)域的負(fù)荷需求，但會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷分配不均勻及二次側(cè)循環(huán)電流問題，增加主變的損耗，降低新擴(kuò)建主變的輸出能力。因此，建議加快推進(jìn)晉中變電站1 號(hào)、2 號(hào)主變?cè)鋈莨こ蹋M量與3號(hào)主變擴(kuò)建工程同步實(shí)施，這樣既能解決不同參數(shù)主變并列運(yùn)行引起的問題，又能更好地滿足晉中及太原南部片區(qū)的負(fù)荷需求。