低压变压器并联切换

在厂用电系统进行变压器检修或倒负荷时, 为了保证供电的连续性通常会进行合环操作。在以往的操作中, 我们一般采用对6KV母线进行厂用电切换, 来消除高压侧电压差带来的影响, 实现两台变压器的安全并联切换。

然而在实际操作中, 厂用电快切存在一定的风险, 如果一旦厂用电快切失败, 将会发生6KV工作母线失电, 造成更严重的后果。因此本文在分析变压器理想并列运行条件的基础上, 阐述了引起环流及其变压器负荷分配的诸多因素, 并说明了励磁涌流对变压器保护的影响, 最后结合生产实例证明了在满足并列条件下直接进行变压器并联切换的安全性及可行性。

一、理论分析

1. 变压器理想并联的条件

空载时并联的变压器之间没有环流;

负载时能够按照各台变压器的容量合理地分担负荷;

负载时各变压器所分担的电流应为同相。

2. 理想并联条件对并联倒换的各变压器要求

各变压器的额定电压与电压比应当相等;

各变压器的联结组号应相同;

各变压器的短路阻抗的标幺值应相等, 阻抗角要相同。

上述三个要求中, 第二个要求必须严格保证, 否则将有很大的电压作用在两台变压器二次绕组工程的闭合回路中, 并引起很大的环流, 把变压器的线圈烧毁。

为达到理想并联运行的第一个条件, 并联变压器的电压比应当相等。对于三相变压器, 还要求联结组号必须相同。

并联变压器所分担的负载电流的标幺值, 与其漏阻抗的标幺值成反比。漏阻抗标幺值大的变压器所负担的电流标幺值小, 漏阻抗标幺值小的变压器所负担的电流标幺值大。理想的负载分配是, 各变压器按其容量大小来负担负载, 即希望这就要求各台变压器具有相同的漏阻抗标幺值, 因而漏阻抗标幺值相差太大的变压器不宜并联运行。

实际并联运行时, 变压器的联结组号必须相同, 电压比偏差要严格控制 (小于±0.5%) , 漏阻抗的标幺值不要相差太大 (不大于10%) , 相角则可以有一定差别。

二、励磁涌流产生的机理

1. 励磁涌流产生的机理

当变压器空载合闸时, 变压器的一次绕组可能产生很大的励磁电流, 该电流可达额定电流的6-8倍, 称为励磁涌流, 励磁涌流的大小与变压器倒换开关合闸时的相位及变压器本身的剩磁有关。

在变压器电压从小突变增大的恢复过程中, 也可能产生很大的励磁涌流, 比如在变压器并列切换时。由于励磁涌流的存在可能导致变压器保护的误动作。

2. 励磁涌流分类

励磁涌流的产生是由于变压器某侧电压的突然变化产生的, 所以按电压变化的原因可将励磁涌流分为励磁起始涌流、电压恢复涌流及共振励磁涌流。

(1) 励磁起始涌流

当开始加压于变压器的最初瞬间, 一瞬态性的励磁涌流, 将由电力系统涌入变压器。在此情况下所产生的励磁涌流, 称之为励磁起始涌流。在停用变压器时, 即使系统电压已被切断, 而变压器的励磁涌流也已降为零, 但其铁心中的磁通并不随之降为零, 而是沿着铁心的磁滞特性回降至某一程度的剩磁值。该值的大小与系统条件及操作情况均有关联。

(2) 电压恢复涌流

当变压器外部故障清除后, 在电压恢复至正常值的过程中, 也会引起励磁涌流的现象。此种励磁涌流称为电压复原涌流 (或再生涌流) 。因在外部故障时变压器仍是部分加压, 故一般的电压复原涌流均不如励磁起始涌流的严重。

另外还有共感励磁涌流, 这几种励磁涌流普遍存在于现场变压器操作中, 在实际操作中, 当变压器检修后送电合高压侧开关时, 电流表中指示的冲击电流为励磁起始涌流;当合低压侧开关时两台公用变由于低压侧存在电压, 将相互影响励磁电压从而产生共感励磁涌流;另外一台变压器在其电压恢复过程中将产生电压恢复涌流。

三、变压器并联切换对变压器保护的要求

励磁涌流对变压器并无危险, 因为这个冲击电流存在的时间很短。当然, 对变压器多次连续合闸充电也是不好的, 因为大电流的多次冲击, 会引起绕组间的机械力作用, 可能逐渐使其固定物松动。

励磁涌流对变压器差动保护的影响。差动是用变压器原边和副边的电流计算差动电流的, 在变压器正常运行时, 励磁电流是很小的, 当出现励磁涌流时, 就不应该忽略励磁电流的影响, 通常的做法是依靠各种判别条件来判别励磁涌流, 可靠闭锁差动保护, 其中判别方法就是利用以上特点来识别涌流。比如采用二次谐波制动, 波形对称原理, 采用速饱和铁芯的差动继电器。

之前的分析我们可以看出, 只要两台变压器严格符合并列的条件, 其负荷分配差值及其环流都是不大的, 不会引起变压器过流、速断以及零序保护的误动。并列瞬间产生的励磁涌流的大小有很大的随机性, 极限情况下励磁涌流可达到变压器额的电流的12倍, 但励磁涌流的衰减非常快, 大约100ms就能衰减到零, 所以速断保护定值及过流保护定值选择时需要在定值大小及时间上躲过励磁涌流的影响防止保护误动作。

通过本文的分析, 证明在各变压器的额定电压与电压比相等、联结组号应相同、短路阻抗的标幺值应相等, 阻抗角要相同以及低压侧电压小于20V的条件下直接进行变压器并联切换的安全性及可行性, 避免了在厂用电切换过程中造成厂用电失去的风险, 保证了操作的可靠性。