某大型原水泵站主变压器6kV侧合环操作分析

某大型原水泵站主变压器6kV侧合环操作分析

杜丽华

（上海城投水务工程项目管理有限公司上海201103）

摘要：在用户变电站需要维护检修变压器或外线电源检修时，为减少负荷切换，并保证供电连续性，通常会在变压器二次侧进行合环、解环操作，因此，判断合环电流与负荷电流叠加是否越限是电气技术人员的一项重要任务。本文首先介绍合环操作的条件，提出了适用于实际工程的合环电流计算方法，并结合工程实例，计算了各种工况下的合换电流，得到合环操作的充要条件。最后介绍利用环流代替变压器负载，对变压器差动保护交接试验的多重意义。

关键词：联接组别、短路阻抗、合环、环流、等值电路、矢量差、矢量和

引言

随着上海城市的发展，需水量也逐年增加，相应地作为制水源头的原水供应越来越受到重视，对原水泵站供电连续性提出了更高的要求。

某大型原水泵站建成后，每天对外供水将达到200万m3的供水量，是特大型城市原水泵站，重要性不言而喻。为了确保泵站运行正常，需要严格按照设备维护的技术规程，定期对主变压器等进行停电维护检修。

泵站110kV变电站采用双路进线电源，内桥结构，闭环设计、开环运行，当设备停电检修、突发事件，需要转移负荷、改变运行方式时，为避免在转电过程中造成部分6kV馈线短时停电，影响供电的连续性，需要在主变压器6kV侧进行短时合环操作，以提高供电可靠性、连续性。

一．合环操作需要满足以下必要条件

变压器二次侧合环操作实际就是变压器的并联运行，除了必须满足变比相同、联接组别一致、阻抗标幺值相等的基本条件外，下列条件也应具备：

(1)参与合环的变压器二次侧母线的相序相同；

(2)尽量满足合环点两侧的电压幅值差最小化；

(3)参与合环的变压器到合环点的综合阻抗不宜相差过大；

(4)合环两侧负荷之和不应超过两侧开关之一的额定负荷。

泵站两台110/6.3kV主变压器品牌参数都相同，变压器能满足合环运行的理想条件，即变比相等，联接组别相同，短路阻抗接近相等。

实际上，互为备用变压器设计常用工况50%负载率，这也对应变压器的高效运行，这种设计也为合环、解环操作预留了可行性。

二．稳态合环电流计算原理

根据电力系统稳态分析，变压器由于合环产生的环流可以使用叠加法求解。若已知开环运行时两侧的电压，则两端的电压差也是已知的。因此，若把合环运行看作是在开环运行的两端点之间叠加一个电压源，则可将合环运行方式分解为开环运行方式和具有一个电压源的附加分量，见图1。

（5）

其中，ΔU(。)为合环点两侧电压矢量差，Zk为配电网与等值后主网的环网总阻抗。

基于叠加定理的计算不需要进行合环后的潮流计算，直接由合环前的潮流计算结果就可以计算出合环电流的大小，它采用工程上的原则，即默认环网阻抗为合环变压器及其以下线路阻抗之和构成，在此，环网阻抗以变压器短路阻抗Zk1和Zk2等效。如果要得到准确的环网阻抗，必须需要进行网络等值，但是此计算较困难，因为用户很难获得电网运行方式及其参数，因此工程上采用的是这种近似实用的计算方法，假定电网为无限大系统（即忽略系统阻抗），得到的合环电流值较实际大，但是偏安全的。

电路理论上主变合环的全电流响应是稳态分量叠加暂态分量。暂态是指合环至稳态的过程，该过程是呈指数规律衰减的非周期分量，其起始值取决于合环时刻的初始状态，衰减时间常数由环路总阻抗Zk中的电阻R和电感L的比值决定。

对配电网环路，暂态分量的最大冲击电流等于稳态环流幅值乘以一个固定的系数kM，工程计算中一般kM取1.8---1.9。合环瞬时冲击电流的大小与合环点两侧电压差近似成正比，与环路总阻抗Zk近似成反比，还与电压的相角差有密切联系。因此，为保证合环安全，应调整运行方式，尽量减小合环点两侧电压的幅值差和相角差。

在配电网电流保护中，电流的整定值均为有效值，因此需要计算在合环暂态过程中的最大有效值IM，容易得出，IM最大值发生在合环后的1/2个周期内，其值为

从表1、表2可知，合成电流标幺值均小于1，且合成电流都在主变额定电流范围内，表示6kV侧所有断路器过流保护都不会启动，过载保护可能启动，一般不会动作，但仅仅是报警。因为环流暂态分量衰减时间一般在3---5周波，既使定时限过流保护启动，但在延时定值以内，暂态分量早已衰减到零。

因此，若按操作要求及其计算，合环操作是安全可行的。

在主变压器带载合环时，尽管环流是操作时应该极力避免的事情，但在新建或有条件的变电站，在主变压器负荷尚未到位或不能使用时，变压器差动保护六角图将无法测量，在一段时间内主变将没有主保护，影响安全运行。这时可以利用环流测量六角图，现仍以上述两台主变压器参数为例，将两台有载调压变压器档位错开，使两台空载变压器的二次电压差为5%的额定电压，主变压器环流标幺值即可达到5%/（2×0.105）=23.81%。对于六角图测量，具有20-30%的负荷电流就已足够。由此可知，主变压器空载合环肯定比负载合环更加安全。

主变压器空载合环的好处是可以考验或检验主变压器的一次、二次回路，同时利用变电站暂态故障录波仪（或数字示波器）的高速采样（10000次/秒），可以比较准确的获得暂态分量最大值及其衰减时间常数，以及系统环路总阻抗Zk，甚至是环路总阻抗的R、L参数。以此还可以检验或确认以上合环分析、计算结果及其误差方向、范围。

利用空载主变压器合环进行差动六角图试验，恰恰也是对合环操作最适合的“负荷”调试。合环调试成功，可为今后操作建立安全、可靠的基础条件。