鞍山电网500 kV自耦变压器公共绕组过负荷运行工况分析

王家勋，高殿滢

（1.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

鞍山电网500 kV自耦变压器公共绕组过负荷运行工况分析

王家勋1，高殿滢2

（1.国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁 沈阳 110003；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006）

针对鞍山电网500 kV自耦变压器的运行工况，详细分析了自耦变压器公共绕组过负荷的运行特性；以某变电站实际运行数据为例，分析了功率因数和低压侧无功补偿电容器组容量对公共绕组过负荷的影响。证明了在变压器高压侧和低压侧同时向中压侧输送有功和滞后无功功率的运行方式下，当变压器负荷较大时将导致公共绕组过负荷，使高压侧和中压侧不能满负荷运行；通过提高高压侧功率因数或减小低压侧向中压侧输送的滞后无功功率，消除公共绕组过负荷，提高变压器负载能力。

自耦变压器；公共绕组过负荷；功率因数；无功功率

根据《2014年辽宁电网运行方式》，2014年担负鞍山地区供电任务的500 kV王石变2台主变、鞍山变2台主变、辽阳变1号主变的负荷较重，且在系统事故情况下上述5台500 kV自耦变压器可能出现过负荷情况。在这种主变长期重负荷的运行工况下，不但要掌握主变过负荷时的过负荷倍数、运行时间等，还要注意自耦变压器特有的公共绕组过负荷问题。即自耦变压器在某种运行方式下，高压侧和中压侧的负荷均未超过额定容量，低压绕组也未超过其额定容量，但公共绕组视在功率却超过其额定容量，此时保护装置将发出过负荷告警，使变压器不能满负荷运行，影响其负载能力［1］。针对以上问题，结合运行方式对自耦变压器公共绕组过负荷问题进行理论分析，得出公共绕组过负荷原因及与运行方式的关系；通过实例计算，提出消除公共绕组过负荷，提高变压器负载能力的方法。

1 公共绕组过负荷原理分析及与运行方式的关系

自耦变压器单相结构原理如图1所示。

高中压绕组电压比有：

效益系数有［2］：

式（2）中，因降压变压器电压比k12＞1，故Kb＜1。

高压侧容量有：

中压侧容量有：

公共绕组额定容量有：

图1 自耦变压器单相结构原理图

1.1 原理分析

目前为鞍山地区供电的500 kV王石变2台主变、鞍山变2台主变、辽阳变1号主变均为降压自耦变压器，负荷均从500 kV系统通过变压器流向220 kV系统［3-4］，因此在实际运行中可能出现的运行方式分为2种：第1种是高压侧和低压侧同时向中压侧输送有功和滞后无功功率；第2种是高压侧同时向中压侧和低压侧输送有功和滞后无功功率。

1.1.1 按第1种运行方式分析

自耦变压器从高压侧和低压侧同时向中压侧输送有功和滞后无功功率，即低压侧投入无功电源（电容器组）［5］。

由图2可知，有功功率P和滞后无功功率Q为三相的值，U为相电压，即设高压侧和低压侧输入变压器，中压侧输出变压器。不计变压器的有功和无功损耗以及电压降时有P2＝P1＋P3，Q2＝Q1＋Q3，U1＝k12U2。

图2 第1种运行方式下自耦变压器单相原理图

由高压侧的三相复功率可得这种运行方式下，中压侧的三相复功率为

公共绕组的三相复功率为

代入式（2）得

这种运行方式下，公共绕组的负荷（即视在功率）为

用中压侧的功率表示有

由式（5）可知，公共绕组的额定视在功率为

运行时，公共绕组不过负荷必须满足条件：

由式（11）、（13）、（14）可知，这种运行方式下当高压侧到达额定功率时，因低压侧的有功P3或滞后无功功率Q3，有SG＞SGN，公共绕组已经过负荷。同样，由式（12）、（13）、（14）可知，因式（12）中1-Kb＞1，这种运行方式下当中压侧到达额定功率时，因为低压侧的有功P3或滞后无功功率Q3，有SG＞SGN，公共绕组也已经过负荷。因此，自耦变压器在高压侧和低压侧同时向中压侧输送有功和滞后无功功率的运行方式下，公共绕组到达额定功率时，高压侧和中压侧必定不能满负荷运行。

1.1.2 按第2种运行方式分析

自耦变压器从高压侧同时向中压侧和低压侧输送有功和滞后无功功率，即低压侧投入无功负载（电抗器组）。

由图2可知，有功功率P和滞后无功功率Q为三相的值，U为相电压，设高压侧输入变压器，中压侧和低压侧输出变压器。不计变压器的有功和无功损耗以及电压降时有P1＝P2＋P3，Q1＝Q2＋Q3。

这种运行方式下，中压侧的三相复功率为

代入式（7）、（15），公共绕组的三相复功率为

代入式（2）得

这种运行方式下，公共绕组的负荷（即视在功率）为用中压侧的功率表示有

由式（13）、（14）、（18）可知，这种运行方式下当高压侧到达额定功率时，因低压侧的有功P3或滞后无功功率Q3，有SG＜SGN，公共绕组不会过负荷。同样，由式（13）、（14）、（19）可知，因式（19）中Kb-1＜1，这种运行方式下当中压侧到达额定功率时，因低压侧的有功P3或滞后无功功率Q3，有SG＜SGN，公共绕组也不会过负荷。因此，自耦变压器在高压侧同时向中压侧和低压侧输送有功和滞后无功功率的运行方式下，即使高压侧和中压侧满负荷运行，公共绕组也不会过负荷。

1.2 分析结果及与运行方式的关系

a.500 kV自耦变压器在高压侧和低压侧同时向中压侧输送有功和滞后无功功率的运行方式下，即低压侧投入电容器组，当负荷较大时将发生公共绕组过负荷，使变压器高压侧和中压侧不能满负荷运行。

b.500 kV自耦变压器在高压侧同时向中压侧和低压侧输送有功和滞后无功功率的运行方式下，即低压侧投入电抗器组，即使高压侧和中压侧满负荷运行，公共绕组也不会发生过负荷。

2 提高变压器负载能力的方法

王石500 kV变电站是鞍山地区的重点电力下网节点，站内2台1 000 MVA自耦主变压器供给鞍山南部地区的大部分负荷，负荷高峰时段2台主变压器带有功负荷近1 400 MW。以王石变1号主变为例，按上节中第1种运行方式进行负荷分析，得出消除公共绕组过负荷，提高变压器负载能力的方法。

2.1 王石变1号主变相关参数

a.额定容量：3×（334／334／100）MVA

c.66 kV侧无功补偿电容器组：4×30 Mvar

d.根据当前分接头在“2”位置，可得高中压绕组电压比k12＝525／241.5＝2.17，效益系数Kb＝1-1／k12＝0.54，公共绕组额定容量SGN＝KbSN＝0.54×1 000＝540 MVA。

2.2 高压侧功率因数对主变负载能力的影响

在主变低压侧固定向中压侧输送滞后无功功率120 Mvar的运行方式下，由式（11）可知，通过改变高压侧功率因数，计算出当公共绕组达到额定容量时，高压侧和中压侧的有功和无功功率。计算结果见表1。

表1 低压侧固定输送无功120 Mvar时的计算结果

由表1可知，当主变低压侧向中压侧输送固定容量的滞后无功功率时，高压侧的功率因数越高，主变向中压侧输送功率的能力越强。因此可通过提高主变高压侧的功率因数，达到提高主变负载能力的目的。

2.3 低压侧输送滞后无功功率对主变负载能力的影响

将主变高压侧功率因数固定为0.92，由式（11）可知，通过改变低压侧向中压侧输送的滞后无功功率，计算出当公共绕组达到额定容量时，高压侧和中压侧的有功和无功功率。计算结果见表2。

表2 高压侧功率因数固定为0.92时的计算结果

由表2可知，当主变高压侧功率因数一定时，低压侧向中压侧输送的滞后无功功率越小，主变向中压侧输送功率的能力越强。因此可通过减小主变低压侧向中压侧输送的滞后无功功率，即退出无功补偿电容器组，达到提高主变负载能力的目的。

3 结束语

在实际电网运行中，由于500 kV变电站无功补偿电容器组的单组容量较大，当变压器负载较重且需要调压时，应合理选择投入电容器组的容量，避免发生公共绕组过负荷，影响变压器的负载能力。而当变压器发生公共绕组过负荷时，可通过提高高压侧的功率因数或减小低压侧向中压侧输送的滞后无功功率（退出无功补偿电容器组）的方法，消除公共绕组过负荷，提高变压器负载能力。

［1］ 吕志宁，吴海涛.自耦变压器公共绕组过负荷原因分析［J］.广东电力，2003，16（1）：38-40.

［2］ 武 力.电力自藕变压器效益系数的分析（上）［J］.变压器，2001，38（11）：1-6.

［3］ 南 哲，侯玉琤，宁辽逸.500／220 kV电磁环网解环与分区运行研究［J］.东北电力技术，2014，35（3）：4-8.

［4］ 李正文，冯松起，高 凯.辽宁电网500／220 kV电磁环网解环进展及策略［J］.东北电力技术，2012，33（4）：7-9.

［5］ 孔庆东.500 kV变电所无功补偿设备额定电压的选择与配合［J］.东北电力技术，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

王家勋（1983—），男，硕士，工程师，从事超高压电网变电设备运维管理工作。

2014-12-20）