山西晋中500 kV 变电站3 号主变压器扩建问题研究

任爱平，刘丽花，王凯凯

（国网山西电力勘测设计研究院有限公司， 山西太原 030001）

0 引言

近年来，随着山西经济的转型发展，以及电力行业的扩容增容，各地电网的供电负荷不断增加，尤其是山西中部的晋中地区供电负荷增长迅速， 主要集中在焦化、 玛钢铸造、 钢铁、 铝业等产业，2016 年—2019 年该地区负荷年均增速达到17%，2018 年、2019年负荷达到3 260 MW、3 310 MW， 晋中500 kV 变电站2 台750 MVA 主变压器（以下简称“主变”）最大负荷分别为107 MW、86 MW， 最大负载率分别为71%、57.3%，主变不满足N-1 运行要求。 为满足晋中及太原南部地区负荷迅速增长的需求，提高区域电网的运行可靠性， 急需扩建晋中500 kV 变电站3 号主变，预计该工程将于2022 年投产。

1 晋中500 kV 变电站3 号主变扩建后运行方式的变化

晋中 500 kV 变电站现有 1 号、2 号主变 2×750 MVA，本期扩建3 号主变1 000 MVA；远期晋中 1 号、2 号主变增容为 2×1 000 MVA， 晋中变电站终期规模为3×1 000 MVA。

晋中500 kV 变电站目前出线情况如下。

a） 500 kV 母线采用 3/2 接线， 最终出线规模8 回，分别向北南方向出线。 北出线从西至东依次为：备用、龙晋线、瑞晋I 线、瑞晋II 线；南出线从西至东依次为：晋霍II 线、晋霍I 线、晋榆I 线、晋榆II 线。 8 回出线与2 台主变进线最终组成5 个完整串，现已建成7 回出线，与1 号、2 号主变进线组成4 个完整串和1 个不完整串。

b） 220 kV 采用双母双分段接线，终期出线规模12 回，现有出线9 回，备用3 回，由南向北依次排列为文水、平遥、东观Ⅱ回、东观Ⅰ回、贯家堡Ⅱ回、贯家堡Ⅰ回、备用2 回、西谷Ⅰ回、西谷Ⅱ回、新材料站、备用1 回。

3 号主变扩建后，晋中变电站220 kV 母线短路电流超标，根据2020 年《山西“十四五”220 kV 电网规划报告》及《山西中部电网解环措施专题报告》，采取晋中变电站220 kV 母线分母措施来降低该站短路电流，短路电流值如表1 所示。 分母措施实施后， 晋中变电站3 号主变与2 号主变并列运行，共同接带220 kV CD 母主供晋中负荷，1 号主变接带220 kV AB 母主供太原负荷。

表1 晋中变电站3 号主变扩建后短路电流 kA

根据 DL/T 5218—2012《220 ～750 kV 变电站设计技术规程》中的规定：“采用一个半断路器接线时……当变压器超过2 台时，其中2 台进串，其他变压器可不进串，直接经断路器接母线。”目前晋中变电站已有2 台主变入串，综合考虑3 号主变预留位置以及规程要求，3 号主变直接接入晋中500 kVⅡ母。 具体情况如图1 所示。

图1 3 号主变扩建后晋中变电站500 kV电气接线配串示意图

2 过渡期间主变并列运行分析

根据《电力变压器选用导则》（GB/T 17468—2008）6.1 规定，电力变压器并联（并列）运行必须满足以下要求：钟时序数要严格相等；电压和电压比要相同，允许偏差也相同（尽量满足电压比在允许偏差范围内），调压范围与每级电压要相同；短路阻抗相同，允许差值不得超过±10%，还应注意极限正分接位置短路阻抗与极限负分接位置短路阻抗要分别相同；容量比在0.5～2 之间；频率相同[1]。

由于山西中部电网结构紧密、 短路电流较大，所以晋中变电站3 号主变选择大容量高阻抗参数（详见表 2）。 晋中 220 kV 分母措施实施后，2 号、3号主变并列运行，高、中压侧并列运行的2 台主变，其阻抗电压值Uk1-2分别为14%和20%，超过行业标准“阻抗电压值偏差小于10%”的要求范围，不满足《电力变压器选用导则》（GB/T 17468—2008）6.1 规定。 因此，有必要对这2 台变压器并列运行情况下的负荷分配以及循环电流进行计算，核实是否满足系统运行要求。

表2 晋中变电站2 号与3 号主变参数对比

由于2 台变压器参数不同，因此并列运行期间会存在以下问题。

a） 负荷分配问题。 由于2 台变压器均为降压变压器，低压绕组按不允许并列运行设计，故仅校核高、中压绕组并列运行工况。 主变负载系数β 与阻抗电压Uk1-2成反比，不同参数主变共同承担负载时，负载系数不相等；实际运行时，通常不允许变压器长期过载，如果以任一台都不过载为前提来考虑主变总的承载能力， 在不使任一台过载的情况下，阻抗电压小的变压器先满载，阻抗电压大的变压器不满载，其共同承担的最大容量将小于额定容量之和[2]。 通过上述分析可知，晋中变电站 2 号、3 号主变并列运行期间，3 号主变容量不能充分发挥作用，2 台主变所能提供的最大负载为

在晋中站1 号、2 号主变增容工程实施后，3 台主变容量均为1 000 MVA，且阻抗参数相同。 只有2 号、3 号主变满足电力变压器并联（并列）运行条件，主变容量才能充分利用。

b） 循环电流问题。 并列运行的变压器由于其变比不同或接线组别不同，当一次侧接入同一电源上，二次侧就会出现电压差，如果二次侧互相接通，在电压差的作用下，就会有电流在2 台变压器之间流通，这个电流就称为环流。 环流不仅占据变压器部分容量，还将增加变压器损耗，使变压器输出能力降低[3]。 2 台并列运行的变压器，在变比接近、阻抗接近的情况下，其环流是比较微小的，不足以影响变压器的正常运行。

由于晋中变电站2 号、3 号主变容量不同、阻抗电压不同，所以并列运行期间2 台主变之间会产生一定的环流。过渡期间2 台主变之间的环流计算过程如下。

2 台变压器绕组的漏抗分别为

变压器带负荷运行时，由于负载阻抗压降（电压调整率）的存在，二次侧实际输出电压并非为名义的额定电压，其减小的数值为负载阻抗压降。 考虑主变满载时功率因数cosφ=0.9，额定分接下变压器二次侧电压调整率为

2 号、3 号主变二次侧实际输出电压为

并列运行主变间二次侧环流为

从以上计算和分析可知，晋中变电站3 号主变与2 号主变短期并列运行是可行的，虽然存在负荷分配不均和环流问题，但环流不大，不会影响2 台主变的正常运行。 长期来说，该运行方式会导致主变损耗较大，不利于发挥大容量主变的优势。

3 结论和建议

综上所述， 晋中500 kV 变电站3 号主变扩建后，不同参数的主变并列运行期间，虽然基本能够满足主变扩建初期该区域的负荷需求，但会产生负荷分配不均匀及二次侧循环电流问题，增加主变的损耗，降低新扩建主变的输出能力。因此，建议加快推进晋中变电站1 号、2 号主变增容工程，尽量与3号主变扩建工程同步实施，这样既能解决不同参数主变并列运行引起的问题，又能更好地满足晋中及太原南部片区的负荷需求。