自耦变压器公共绕组过负荷原因分析
吕志宁，吴海涛，罗海松，邹阳
（广东省广电集团有限公司深圳供电分公司，广东深圳518020）
摘 要：自耦变压器在某种运行方式下，高压侧和中压侧还未到达额定容量，而公共绕组就已过负荷告警。对此，就为什么会出现上述情况以及如何改善运行方式才能使得主变压器尽可能满载运行进行了研究。首先通过对自耦变压器进行建模分析，推导出数学方程式，根据不同的运行方式进行分析，得出问题的原因，即自耦变压器在高压侧和低压侧同时向中压侧输送功率时，当公共绕组到达额定功率，高压侧和中压侧输送功率不能达到满功率输出。然后，对一个具体变电站的实际运行数据进行计算，验证了理论分析的结果，并提出了使自耦变压器尽可能地满负荷运行的方法：一要提高功率因数，二要减少由低压侧向中压侧输送的无功功率。
关键词：自耦变压器；公共绕组；过负荷
三绕组自耦变压器以其节省材料、损耗较低等优点在电力系统中广泛应用，但其在运行中，存在普通变压器所没有的特殊问题——公共绕组过载问题。即这种变压器在某些运行方式下，高压侧和中压侧的负载都没有超过额定容量，低压绕组也没有超过其额定容量，但公共绕组的视在功率却有可能超过它的额定容量。
深圳站3号、4号两台500 kV三绕组自耦变压器在全省电网中起着重要的枢纽作用。从2000年夏天到2001年6月，在高压侧和中压侧负载均未达到主变压器额定容量时，就多次发生过负荷告警，使得在全网负荷最紧张时，主变压器不能满负荷运行。经检查发现，均是公共绕组过负荷告警。针对此情况，我们从原理上结合运行方式进行了详细分析，得出主变压器过载原因，并提出解决方案。
1 主变压器原理分析
1．1 自耦变压器基本公式
高中压绕组电压比 k12＝U1N／U2N；（1）
效益系数 Kb＝1－1／k12；（2）
高压侧容量 S1＝U1NI1N＝SN；（3）
中压侧容量 S2=U2NI2N=SN；（4）
公共绕组额定容量
按运行方式分析
以图1所示的单相图进行讨论。图中有功功率P和滞后无功功率Q为三相的值，U为相电压，各侧P、Q和I的参考方向已标在图中，即设高压侧和低压侧是输入的，中压侧是输出的。不计变压器的有功和无功损耗和电压降时，有
1．2
其中k12为高中压侧变比。
由高压侧的三相复功率
由此可得，公共绕组的负荷即视在功率
运行时，必须满足公共绕组不过载的条件：
关于两种运行方式讨论：
a）高压侧和低压侧同时向中压侧送有功和滞后无功功率或中压侧向高低压侧送有功和滞后无功功率。
根据图1的参考方向，这类运行方式P1和P3及Q1和Q3同为正或负值，由（11）、（13）、（14）式可见，当高压侧到达额定功率时，公共绕组已经过负荷了。同样，由（12）、（13）、（14）式可见，当中压侧到达额定功率时，公共绕组也已经过负荷了。因此，公共绕组到达额定功率时，高压侧和中压侧必定不能到达额定功率。
b）高压侧同时向中压侧和低压侧送有功和滞后无功功率或中低压侧向高压侧送有功和滞后无功功率。
这类运行方式时，P1和P3及Q1和Q3总是一正一负，由（11）、（12）、（13）、（14）式可见，公共绕组不会过载［1］。
2 深圳站主变压器负荷计算
2．1 主变压器参数
额定容量 750 MVA／750 MVA／160．5 MVA；
额定电压 525 kV／242 kV／34．5 kV。
2．2 参数计算
高中压绕组电压比k12＝525／242＝2．17；
效益系数 Kb＝1－1／k12＝0．54；
公共绕组额定容量Scom，N＝KbSN＝405 MVA。
2．3 运行方式一
高压侧向中压侧送有功和滞后无功功率，低压侧向中压侧送固定滞后无功功率120 Mvar时，改变高压侧功率因数，计算当公共绕组到达额定负载时，高压侧有功和无功功率大小。运行方式一的计算结果见表1。
注：①固定低压侧输送无功功率大小，改变高压侧的功率因数；②Kb＝0．54，P3＝0，Q3＝120 Mvar，Scom，N＝405 MVA。
由表1数据可见，当低压侧向中压侧输送固定无功功率时，高压侧的功率因数越高，其向中压侧输送功率的能力越强，即主变压器的输送效率越高。
2．4 运行方式二
高压侧向中压侧送有功和滞后无功功率，高压侧功率因数为固定为0．93，改变低压侧向中压侧送滞后无功功率时，计算当公共绕组到达额定负载时，变高侧有功和无功功率大小。运行方式二的计算结果见表2。
由表2数据可见，当变高侧的功率因素一定时，变低向变中输送无功功率越小，变高侧向变中输送功率的能力越强，即主变压器的输送效率越高。
3 结语
根据深圳站运行的数据，在负荷高峰时，投4组电容器共120 Mvar，当时的高压侧功率因数为0．93，由上述数据表明，高压侧{zg}负荷只能达到636 MVA，此时中压侧负荷为689 MVA，即高压侧和中压侧均未达到额定容量时，公共绕组就已达到额定值。
由上述分析可知，三绕组自耦变压器在高压侧低压侧同时向中压侧输送有功和滞后无功功率或反之的运行方式下，高压侧和中压侧的负载都没有到达额定功率时，公共绕组就已达到其额定容量，即主变压器不能满载输出。由表1和表2数据可知，在这种运行方式下，功率因数和低压侧输送无功功率的大小，对主变压器负载能力有较大影响。要提高主变压器负载，一要提高功率因数，二要减少由低压侧向中压侧输送无功功率，这样才能使得自耦变压器尽可能地满负荷运行。
参考文献：
［1］韩祯祥，吴国炎．电力系统分析［M］．杭州：浙江大学出版社，1993．
