基于Matlab的三相變壓器并列運(yùn)行特性仿真與優(yōu)化策略研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，三相變壓器作為核心設(shè)備之一，承擔(dān)著電壓變換、電能傳輸與分配的關(guān)鍵任務(wù)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及電力需求的持續(xù)增長，電力系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性不斷攀升，對(duì)供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了愈發(fā)嚴(yán)苛的要求。三相變壓器并列運(yùn)行作為一種有效的運(yùn)行方式，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。從供電可靠性角度來看，三相變壓器并列運(yùn)行顯著提升了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連續(xù)性。當(dāng)并列運(yùn)行中的某一臺(tái)變壓器遭遇故障或需要進(jìn)行檢修時(shí)，其他正常運(yùn)行的變壓器能夠迅速承擔(dān)起全部或部分負(fù)載，確保電力供應(yīng)的不間斷。例如，在城市的重要商業(yè)區(qū)或醫(yī)院等對(duì)供電可靠性要求極高的場所，一旦出現(xiàn)供電中斷，將引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。而采用三相變壓器并列運(yùn)行方式，可極大降低因單臺(tái)變壓器故障導(dǎo)致停電的風(fēng)險(xiǎn)，為這些重要場所提供持續(xù)、穩(wěn)定的電力保障，有力地保障了社會(huì)生產(chǎn)和生活的正常秩序。從經(jīng)濟(jì)性方面考量，三相變壓器并列運(yùn)行具備顯著的優(yōu)勢(shì)。一方面，它能夠依據(jù)電網(wǎng)負(fù)載的實(shí)時(shí)變化，靈活調(diào)整投入運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)。當(dāng)負(fù)荷處于低谷期時(shí)，可停運(yùn)部分變壓器，從而有效降低變壓器自身的空載損耗；而在負(fù)荷高峰期，及時(shí)投入備用變壓器，滿足電力需求，避免單臺(tái)變壓器因過載而降低效率。這種靈活的調(diào)整策略，使得變壓器始終保持在較高的負(fù)載系數(shù)下運(yùn)行，提高了能源利用效率，降低了運(yùn)行成本。另一方面，采用并列運(yùn)行方式，能夠減少備用容量的配置。相較于每臺(tái)變壓器單獨(dú)配備備用容量，多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，它們可以互為備用，從而降低了總體備用容量需求，減少了設(shè)備投資成本，提高了資金的使用效率。盡管三相變壓器并列運(yùn)行具有諸多優(yōu)勢(shì)，但要實(shí)現(xiàn)其安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，需要滿足一系列嚴(yán)格的條件，如變壓器的連接組別相同、變比相等、短路電壓百分比相等以及容量比在合理范圍內(nèi)等。一旦這些條件無法滿足，可能引發(fā)諸如環(huán)流過大、負(fù)載分配不均等問題，不僅會(huì)降低變壓器的運(yùn)行效率，增加能耗，甚至可能對(duì)變壓器造成損壞，危及電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，深入研究三相變壓器并列運(yùn)行的特性、條件以及優(yōu)化策略，對(duì)于提高電力系統(tǒng)的供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。通過精確的仿真分析，可以深入了解三相變壓器并列運(yùn)行在不同工況下的運(yùn)行特性，為實(shí)際工程中的變壓器選型、配置和運(yùn)行管理提供科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而推動(dòng)電力系統(tǒng)朝著更加安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的方向發(fā)展。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在三相變壓器并列運(yùn)行仿真研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已取得了豐碩的成果，同時(shí)也存在一些有待進(jìn)一步探索和完善的方面。國外對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行的研究起步較早，在理論研究和實(shí)際應(yīng)用方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。早期，學(xué)者們主要圍繞變壓器并列運(yùn)行的基本條件展開深入研究，通過大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，明確了連接組別相同、變比相等、短路電壓百分比相等以及容量比在合理范圍內(nèi)等條件對(duì)變壓器并列運(yùn)行的重要性。例如，美國學(xué)者[具體姓名1]在其研究中詳細(xì)闡述了變壓器并列運(yùn)行條件的理論依據(jù)，并通過實(shí)際案例分析了不滿足這些條件時(shí)可能出現(xiàn)的問題，如環(huán)流過大、負(fù)載分配不均等，為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和仿真軟件的飛速發(fā)展，國外在三相變壓器并列運(yùn)行仿真研究方面取得了顯著進(jìn)展。利用先進(jìn)的仿真工具，如MATLAB/Simulink、PSpice等，能夠?qū)ψ儔浩鞑⒘羞\(yùn)行的各種工況進(jìn)行精確模擬。德國的研究團(tuán)隊(duì)[具體團(tuán)隊(duì)1]運(yùn)用MATLAB/Simulink建立了詳細(xì)的三相變壓器并列運(yùn)行仿真模型，深入研究了不同負(fù)載條件下變壓器的運(yùn)行特性，包括電壓、電流、功率等參數(shù)的變化規(guī)律，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。此外，國外在變壓器并列運(yùn)行的優(yōu)化控制策略方面也進(jìn)行了大量研究，提出了多種基于智能算法的優(yōu)化方法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法等，以實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和負(fù)載的合理分配。英國學(xué)者[具體姓名2]采用遺傳算法對(duì)變壓器并列運(yùn)行的負(fù)載分配進(jìn)行優(yōu)化，有效提高了變壓器的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。國內(nèi)對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行的研究也緊跟國際步伐，在理論研究和工程應(yīng)用方面都取得了一系列重要成果。在理論研究方面，國內(nèi)學(xué)者對(duì)變壓器并列運(yùn)行的條件進(jìn)行了進(jìn)一步深入探討，提出了一些新的觀點(diǎn)和方法。例如，[國內(nèi)學(xué)者姓名1]通過對(duì)變壓器電磁特性的深入分析，提出了一種考慮變壓器鐵芯飽和影響的并列運(yùn)行條件分析方法，為變壓器并列運(yùn)行的安全穩(wěn)定提供了更全面的理論支持。在仿真研究方面，國內(nèi)學(xué)者廣泛應(yīng)用各種仿真軟件對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行進(jìn)行研究，取得了許多有價(jià)值的成果。[國內(nèi)學(xué)者姓名2]利用PSIM軟件對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行進(jìn)行仿真，研究了變壓器參數(shù)對(duì)并列運(yùn)行性能的影響，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。同時(shí)，國內(nèi)在三相變壓器并列運(yùn)行的工程應(yīng)用方面也進(jìn)行了大量實(shí)踐，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。許多電力企業(yè)通過實(shí)際案例分析，總結(jié)了變壓器并列運(yùn)行過程中的常見問題及解決方法，為提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性做出了重要貢獻(xiàn)。盡管國內(nèi)外在三相變壓器并列運(yùn)行仿真研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足之處。在仿真模型的準(zhǔn)確性方面，雖然現(xiàn)有的仿真模型能夠模擬變壓器并列運(yùn)行的基本特性，但對(duì)于一些復(fù)雜的實(shí)際工況，如變壓器的鐵芯飽和、繞組變形等特殊情況，仿真模型的準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步提高。在負(fù)載分配優(yōu)化方面，目前的優(yōu)化方法大多基于傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型和算法，對(duì)于復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)負(fù)荷特性，難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的負(fù)載分配優(yōu)化。此外，在三相變壓器并列運(yùn)行與電力系統(tǒng)整體的協(xié)同優(yōu)化方面，研究還相對(duì)較少，需要進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究，以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的整體優(yōu)化運(yùn)行。本文將針對(duì)當(dāng)前研究的不足，深入研究三相變壓器并列運(yùn)行的特性，通過建立更加準(zhǔn)確的仿真模型，全面分析變壓器在各種工況下的運(yùn)行特性。同時(shí)，運(yùn)用先進(jìn)的智能算法，對(duì)變壓器并列運(yùn)行的負(fù)載分配進(jìn)行優(yōu)化，提高變壓器的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。此外，還將研究三相變壓器并列運(yùn)行與電力系統(tǒng)整體的協(xié)同優(yōu)化策略，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更全面、更有效的技術(shù)支持。1.3研究方法與創(chuàng)新點(diǎn)本文采用MATLAB/Simulink仿真軟件對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行進(jìn)行深入研究。MATLAB作為一款功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算和仿真軟件，擁有豐富的工具箱和函數(shù)庫，能夠?yàn)殡娏ο到y(tǒng)的建模與分析提供有力支持。而Simulink作為MATLAB的重要組件，提供了直觀的圖形化建模環(huán)境，使用戶可以通過拖拽模塊、設(shè)置參數(shù)等方式輕松構(gòu)建復(fù)雜的系統(tǒng)模型。在三相變壓器并列運(yùn)行仿真中，利用Simulink的電力系統(tǒng)模塊庫，可以方便地搭建三相變壓器模型，設(shè)置其參數(shù)，如額定容量、額定電壓、短路阻抗等，并通過連接其他模塊，如電源模塊、負(fù)載模塊等，構(gòu)建完整的三相變壓器并列運(yùn)行仿真系統(tǒng)。通過運(yùn)行仿真模型，可以獲取變壓器在不同工況下的電壓、電流、功率等參數(shù)的變化情況，為后續(xù)的分析提供數(shù)據(jù)支持。本研究在方法和內(nèi)容上具有一定的創(chuàng)新之處。在仿真模型的構(gòu)建方面，充分考慮了變壓器鐵芯飽和、繞組電阻和漏感等實(shí)際因素對(duì)變壓器并列運(yùn)行性能的影響。傳統(tǒng)的仿真模型往往對(duì)這些因素進(jìn)行簡化處理，導(dǎo)致仿真結(jié)果與實(shí)際情況存在一定偏差。而本文通過引入更精確的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)設(shè)置，使仿真模型能夠更準(zhǔn)確地反映變壓器的實(shí)際運(yùn)行特性，提高了仿真結(jié)果的可靠性和參考價(jià)值。在負(fù)載分配優(yōu)化研究中，采用了改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法（PSO）。該算法在傳統(tǒng)粒子群優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上，引入了自適應(yīng)慣性權(quán)重和變異操作，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜多變的電力系統(tǒng)負(fù)荷特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器并列運(yùn)行負(fù)載分配的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)優(yōu)化。與傳統(tǒng)的優(yōu)化方法相比，改進(jìn)的粒子群優(yōu)化算法具有更快的收斂速度和更高的優(yōu)化精度，能夠有效提高變壓器的運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。此外，本文還將三相變壓器并列運(yùn)行與電力系統(tǒng)的其他部分，如發(fā)電機(jī)、輸電線路、負(fù)荷等進(jìn)行協(xié)同優(yōu)化研究。綜合考慮電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行特性，通過優(yōu)化變壓器的并列運(yùn)行策略，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的整體優(yōu)化運(yùn)行，這在以往的研究中相對(duì)較少涉及，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行提供了新的思路和方法。二、三相變壓器并列運(yùn)行原理與條件2.1并列運(yùn)行基本原理三相變壓器并列運(yùn)行是指將兩臺(tái)或以上三相變壓器的一次繞組并聯(lián)在同一電壓等級(jí)的母線上，二次繞組也并聯(lián)在另一電壓等級(jí)的母線上共同運(yùn)行的方式。其工作原理基于電磁感應(yīng)定律和能量守恒定律。從電磁感應(yīng)角度來看，當(dāng)三相交流電壓施加到變壓器的一次繞組時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變電流會(huì)在一次繞組中產(chǎn)生交變磁場。這個(gè)交變磁場在鐵芯中傳導(dǎo)，由于鐵芯具有高導(dǎo)磁率，能夠集中磁場并高效地將其傳遞到二次繞組。在這個(gè)過程中，鐵芯中的磁通量隨著一次側(cè)電流的變化而作周期性變化，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，穿過二次繞組的磁通量的變化會(huì)在二次繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量的變化率成正比，方向遵循楞次定律。假設(shè)一次繞組匝數(shù)為N_1，二次繞組匝數(shù)為N_2，一次側(cè)電壓為U_1，二次側(cè)電壓為U_2，在理想情況下，忽略變壓器的繞組電阻和漏磁通等損耗，根據(jù)電磁感應(yīng)原理可得電壓比公式：\frac{U_1}{U_2}=\frac{N_1}{N_2}，這表明變壓器通過繞組匝數(shù)的不同實(shí)現(xiàn)了電壓的變換。在能量轉(zhuǎn)換方面，變壓器將一次側(cè)輸入的電能通過電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)換為磁場能存儲(chǔ)在鐵芯中，然后又將磁場能轉(zhuǎn)換為二次側(cè)輸出的電能。在這個(gè)過程中，根據(jù)能量守恒定律，輸入的電功率P_1等于輸出的電功率P_2（忽略變壓器的損耗），即P_1=U_1I_1=P_2=U_2I_2，其中I_1和I_2分別為一次側(cè)和二次側(cè)的電流。這意味著變壓器在實(shí)現(xiàn)電壓變換的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了電流的相應(yīng)變換，以滿足負(fù)載對(duì)電能的需求。例如，當(dāng)一次側(cè)電壓較高時(shí)，二次側(cè)電壓較低，根據(jù)上述功率等式，二次側(cè)電流會(huì)相應(yīng)增大，從而實(shí)現(xiàn)電能的有效傳輸和分配。當(dāng)多臺(tái)三相變壓器并列運(yùn)行時(shí)，它們共同承擔(dān)負(fù)載電流。在理想情況下，各變壓器之間應(yīng)沒有循環(huán)電流，且能夠按照各自的容量比例合理分擔(dān)負(fù)載。這是因?yàn)槿绻嬖谘h(huán)電流，會(huì)額外增加變壓器的損耗，降低運(yùn)行效率；而負(fù)載分配不均則可能導(dǎo)致部分變壓器過載，而部分變壓器未能充分利用其容量。為了實(shí)現(xiàn)這種理想的運(yùn)行狀態(tài)，需要滿足一系列嚴(yán)格的條件，這些條件將在后續(xù)章節(jié)中詳細(xì)闡述。2.2并列運(yùn)行條件分析2.2.1電壓比（變比）相同變壓器的電壓比（變比）是指其一次側(cè)額定電壓與二次側(cè)額定電壓的比值，即k=\frac{U_{1N}}{U_{2N}}，其中U_{1N}為一次側(cè)額定電壓，U_{2N}為二次側(cè)額定電壓。在三相變壓器并列運(yùn)行時(shí)，確保各變壓器電壓比相同至關(guān)重要。當(dāng)兩臺(tái)變壓器的電壓比不同時(shí)，即使一次側(cè)電壓相等，根據(jù)電磁感應(yīng)定律E=4.44fN\varPhi（其中E為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，f為頻率，N為繞組匝數(shù)，\varPhi為磁通量），由于匝數(shù)比不同，二次側(cè)繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也會(huì)不相等。這就導(dǎo)致在二次側(cè)繞組之間出現(xiàn)電勢(shì)差\DeltaE。在這個(gè)電勢(shì)差的作用下，副邊繞組內(nèi)便會(huì)出現(xiàn)循環(huán)電流I_C。當(dāng)兩臺(tái)變壓器的額定容量相等時(shí)，即S_{NI}=S_{NII}，循環(huán)電流I_C的計(jì)算公式為I_C=\frac{\DeltaE}{Z_{dI}+Z_{dII}}，其中Z_{dI}表示第一臺(tái)變壓器的內(nèi)部阻抗，Z_{dII}表示第二臺(tái)變壓器的內(nèi)部阻抗。如果Z_d用阻抗電壓U_{ZK}表示時(shí)，則Z_d=\frac{U_{ZK}U_N}{100I_N}，其中U_N表示額定電壓（V），I_N表示額定電流（A）。當(dāng)兩臺(tái)變壓器額定容量不相等時(shí)，即S_{NI}\neqS_{NII}，循環(huán)電流I_C為I_C=\frac{\alpha\cdotI_{II}}{[U_{ZKI}+(\frac{U_{ZKII}}{\beta})]}，其中U_{ZKI}表示第一臺(tái)變壓器的阻抗電壓，U_{ZKII}表示第二臺(tái)變壓器的阻抗電壓，I_{NI}\ltI_{NII}，\alpha為用百分?jǐn)?shù)表示的二次電壓差，I_{II}為變壓器II的副邊負(fù)荷電流。循環(huán)電流的存在會(huì)對(duì)變壓器并列運(yùn)行產(chǎn)生諸多危害。一方面，循環(huán)電流雖然不是負(fù)荷電流，但它卻占據(jù)了變壓器的容量，增加了變壓器的損耗，降低了變壓器的輸出功率。例如，當(dāng)變比相差2.5%時(shí)，產(chǎn)生的環(huán)流可達(dá)額定電流的17.8%，這使得變壓器在空載時(shí)就消耗了大量能量，無法充分利用其容量。另一方面，由于循環(huán)電流的存在，會(huì)使變比小的變壓器繞組的電流增加，而使變比大的變壓器繞組的電流減少。這就造成并列運(yùn)行的變壓器不能按容量成正比分擔(dān)負(fù)荷。如母線總的負(fù)荷電流為I時(shí)（I=I_{NI}+I_{NII}），若變壓器I滿負(fù)荷運(yùn)行，則變壓器II欠負(fù)荷運(yùn)行；若變壓器II滿負(fù)荷運(yùn)行，則變壓器I過負(fù)荷運(yùn)行。長期的過負(fù)荷或欠負(fù)荷運(yùn)行都會(huì)影響變壓器的使用壽命和運(yùn)行穩(wěn)定性。為了避免因電壓比相差過大產(chǎn)生循環(huán)電流過大而影響并列變壓器的正常工作，規(guī)定電壓比相差不宜大于0.5%。2.2.2阻抗電壓相等阻抗電壓（又稱短路電壓）是變壓器的一個(gè)重要參數(shù)，它表示變壓器在額定電流下運(yùn)行時(shí)，變壓器內(nèi)部阻抗壓降占額定電壓的百分?jǐn)?shù)，通常用U_{ZK}\%表示。其計(jì)算公式為U_{ZK}\%=\frac{I_{N}Z_{K}}{U_{N}}\times100\%，其中I_{N}為額定電流，Z_{K}為變壓器的短路阻抗，U_{N}為額定電壓。在三相變壓器并列運(yùn)行中，阻抗電壓相等對(duì)負(fù)荷分配起著關(guān)鍵作用。當(dāng)多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，根據(jù)變壓器的負(fù)荷分配原理，各變壓器所分擔(dān)的負(fù)荷電流與它們的阻抗電壓成反比。即I_{1}/I_{2}=U_{ZK2}/U_{ZK1}，其中I_{1}、I_{2}分別為兩臺(tái)并列運(yùn)行變壓器的負(fù)荷電流，U_{ZK1}、U_{ZK2}分別為兩臺(tái)變壓器的阻抗電壓。當(dāng)兩臺(tái)阻抗電壓不等的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，阻抗電壓大的變壓器分配到的負(fù)荷電流相對(duì)較小，而阻抗電壓小的變壓器分配到的負(fù)荷電流相對(duì)較大。假設(shè)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其容量分別為S_{N1}、S_{N2}，阻抗電壓分別為U_{ZK1}、U_{ZK2}，則各臺(tái)變壓器的負(fù)荷S_{1}、S_{2}可按下式計(jì)算：S_{1}=\frac{(S_{N1}+S_{N2})}{(\frac{S_{N1}}{U_{ZK1}}+\frac{S_{N2}}{U_{ZK2}})}\times(\frac{S_{N1}}{U_{ZK1}})，S_{2}=\frac{(S_{N1}+S_{N2})}{(\frac{S_{N1}}{U_{ZK1}}+\frac{S_{N2}}{U_{ZK2}})}\times(\frac{S_{N2}}{U_{ZK2}})。當(dāng)阻抗電壓不同時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的負(fù)荷分配不均情況。例如，若一臺(tái)變壓器的阻抗電壓較大，在并列運(yùn)行時(shí)，它所承擔(dān)的負(fù)荷電流就會(huì)較小，即使該變壓器的容量較大，也可能無法充分發(fā)揮其作用，造成容量浪費(fèi)。而另一臺(tái)阻抗電壓較小的變壓器，可能會(huì)承擔(dān)過大的負(fù)荷電流，導(dǎo)致過載運(yùn)行。變壓器長期過負(fù)荷運(yùn)行是不允許的，因?yàn)檫@會(huì)使變壓器繞組過熱，加速絕緣老化，降低變壓器的使用壽命，甚至可能引發(fā)故障。為了避免因阻抗電壓相差過大，使并列變壓器負(fù)荷電流嚴(yán)重分配不均，影響變壓器容量不能充分發(fā)揮，規(guī)定并列運(yùn)行變壓器的阻抗電壓不能相差10%。通過合理控制阻抗電壓的差異，能夠保證各變壓器在并列運(yùn)行時(shí)，按照各自的容量比例合理分擔(dān)負(fù)荷，提高變壓器的整體運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性。2.2.3接線組別相同三相變壓器的接線組別是用來表示變壓器一次側(cè)和二次側(cè)繞組的連接方式以及線電壓之間相位關(guān)系的一種標(biāo)志。常用的接線方式有星形（Y）連接和三角形（D）連接。以時(shí)鐘表示法為例，將一次側(cè)線電壓相量比作時(shí)鐘的分針，固定指向12點(diǎn)位置，二次側(cè)線電壓相量比作時(shí)針，根據(jù)其與分針的相位關(guān)系指向不同的鐘點(diǎn)，從而表示出一、二次側(cè)線電壓的相位差。例如，Y，yn0接線組別表示一次側(cè)繞組為星形連接，二次側(cè)繞組也是星形連接且?guī)в兄行跃€，一、二次側(cè)線電壓相位差為0°；而Y，d11接線組別則表示一次側(cè)繞組為星形連接，二次側(cè)繞組為三角形連接，一、二次側(cè)線電壓相位差為30°。在三相變壓器并列運(yùn)行中，接線組別相同具有重要意義。當(dāng)并列運(yùn)行的變壓器電壓比相等，阻抗電壓也相等，但接線組別不同時(shí)，會(huì)帶來嚴(yán)重的問題。這意味著兩臺(tái)變壓器的二次電壓不僅存在大小差異（即使變比相同，但由于相位不同，合成后的電壓也會(huì)不同），還存在相角差\alpha。在這個(gè)電壓差\DeltaU的作用下，變壓器并列運(yùn)行的回路中會(huì)產(chǎn)生循環(huán)電流I_C。若以\alpha角表示繞組組別不同的變壓器線電壓之間的夾角，當(dāng)并列運(yùn)行變壓器容量相同，短路電壓相等，而只有接線組別不同時(shí)，循環(huán)電流I_C的計(jì)算公式為I_C=\frac{2U_1\sin(\alpha/2)}{Z_{d1}+Z_{d2}}（若I_{N1}=I_{N2}=I_N，U_{ZK1}=U_{ZK2}=U_{ZK}，則I_C=\frac{100\sin(\alpha/2)}{U_{ZK}}，其中I_N、U_{ZK}可用任一臺(tái)變壓器額定電流和阻抗電壓）。例如，假設(shè)兩臺(tái)變壓器變比相等，阻抗電壓相等，而其接線組別分別為Y/Y0-12和Y/△-11，則由接線組別可知，它們線電壓之間的夾角\alpha=360°-330°=30°，當(dāng)U_{ZK}=(5～6)\%時(shí)，計(jì)算可得I_C=(4～5)I_N，即循環(huán)電流可達(dá)額定電流的4-5倍。如此大的循環(huán)電流會(huì)對(duì)變壓器造成極大的危害。由于循環(huán)電流過大，會(huì)使變壓器繞組過熱，加速絕緣老化，可能導(dǎo)致變壓器繞組燒毀。而且，這種情況下，變壓器的差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)通常均不能動(dòng)作跳閘，而過電流保護(hù)若不能及時(shí)動(dòng)作跳閘，就無法及時(shí)切斷故障電流，進(jìn)一步加劇了變壓器的損壞風(fēng)險(xiǎn)。因此，接線組別不同的變壓器不能并列運(yùn)行。一般情況下，如果需將接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行，就應(yīng)根據(jù)接線組別差異，采取將各相異名、始端與末端對(duì)換等方法，將變壓器的接線轉(zhuǎn)化為相同接線組別才能并列運(yùn)行。2.2.4其他條件除了上述三個(gè)主要條件外，三相變壓器并列運(yùn)行還需滿足三相電壓相序一致的條件。相序是指三相交流電中各相電壓或電流的先后順序。在電力系統(tǒng)中，通常規(guī)定A相超前B相120°，B相超前C相120°，C相超前A相120°。如果并列運(yùn)行的變壓器三相電壓相序不一致，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。當(dāng)相序不同時(shí)，接入電網(wǎng)瞬間，由于各相電壓的相位關(guān)系混亂，會(huì)在變壓器和電網(wǎng)之間產(chǎn)生巨大的沖擊電流，其值可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過變壓器的額定電流。這種沖擊電流會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的電動(dòng)力，可能對(duì)變壓器的繞組造成機(jī)械損傷，如繞組變形、絕緣損壞等。同時(shí)，還會(huì)引發(fā)電壓異常波動(dòng)，影響電網(wǎng)中其他設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至可能導(dǎo)致電網(wǎng)的穩(wěn)定性遭到破壞，引發(fā)大面積停電事故。因此，在進(jìn)行三相變壓器并列運(yùn)行操作前，必須確保各變壓器的三相電壓相序一致。通?？梢酝ㄟ^核相的方法來驗(yàn)證相序是否正確，只有相序一致的變壓器才能進(jìn)行并列運(yùn)行操作。此外，從實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，并列運(yùn)行的變壓器容量比也不宜過大，一般認(rèn)為不應(yīng)超過3:1。這是因?yàn)椴煌萘康淖儔浩髌鋬?nèi)部阻抗值往往存在較大差異，當(dāng)容量比過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷分配極不平衡。大容量變壓器的阻抗相對(duì)較小，在并列運(yùn)行時(shí)會(huì)承擔(dān)較大的負(fù)荷電流，而小容量變壓器的阻抗相對(duì)較大，承擔(dān)的負(fù)荷電流較小。這可能使得大容量變壓器過載運(yùn)行，而小容量變壓器卻未能充分發(fā)揮其作用，降低了整個(gè)變壓器組的運(yùn)行效率。同時(shí)，從運(yùn)行角度考慮，當(dāng)運(yùn)行方式改變、進(jìn)行檢修或發(fā)生事故停電時(shí)，小容量的變壓器可能無法有效地承擔(dān)起備用作用，影響供電的可靠性。所以，在選擇并列運(yùn)行的變壓器時(shí)，應(yīng)盡量使它們的容量匹配，以保證負(fù)荷的合理分配和供電的穩(wěn)定性。三、三相變壓器并列運(yùn)行的仿真模型搭建3.1仿真軟件介紹3.1.1Matlab/Simulink功能特點(diǎn)Matlab作為一款功能強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算軟件，在眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。其具備強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力，擁有豐富的數(shù)學(xué)函數(shù)庫，涵蓋了從基本的代數(shù)運(yùn)算到復(fù)雜的矩陣運(yùn)算、微積分、概率論等各種數(shù)學(xué)運(yùn)算函數(shù)，能夠高效準(zhǔn)確地處理各類數(shù)值計(jì)算任務(wù)。在電力系統(tǒng)仿真中，Matlab可以精確計(jì)算變壓器的電磁參數(shù)、電路方程等，為仿真分析提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。例如，在計(jì)算變壓器的等效電路參數(shù)時(shí)，通過調(diào)用Matlab的矩陣運(yùn)算函數(shù)，可以快速求解復(fù)雜的線性方程組，得到準(zhǔn)確的參數(shù)值。同時(shí)，Matlab還具有卓越的數(shù)據(jù)處理與分析能力，能夠?qū)Ψ抡孢^程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行高效處理和深入分析。通過各種數(shù)據(jù)處理函數(shù)和工具，如數(shù)據(jù)濾波、統(tǒng)計(jì)分析、曲線擬合等，可以從數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息，為研究三相變壓器并列運(yùn)行特性提供有力支持。比如，對(duì)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的電流、電壓等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，能夠了解其變化規(guī)律和波動(dòng)情況。Simulink作為Matlab的重要擴(kuò)展工具箱，是一個(gè)基于模型的設(shè)計(jì)和仿真環(huán)境，特別適合于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模與仿真。它采用直觀的圖形化建模方式，用戶只需在模型庫中選擇所需的模塊，然后通過鼠標(biāo)拖拽的方式將這些模塊連接起來，就可以輕松構(gòu)建復(fù)雜的系統(tǒng)模型。在三相變壓器并列運(yùn)行仿真中，用戶可以從Simulink的電力系統(tǒng)模塊庫中選取三相變壓器模塊、電源模塊、負(fù)載模塊等，按照實(shí)際的電路連接方式進(jìn)行搭建，整個(gè)建模過程簡單直觀，大大降低了建模的難度和工作量。例如，搭建一個(gè)三相變壓器并列運(yùn)行的仿真模型，只需要幾分鐘的時(shí)間，相比傳統(tǒng)的編程建模方式，效率得到了極大的提高。Simulink還提供了豐富的模塊庫，涵蓋了電力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等多個(gè)領(lǐng)域。在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，其模塊庫包含了各種類型的電源、變壓器、電機(jī)、負(fù)載、輸電線路等元件模型，這些模型都經(jīng)過了嚴(yán)格的理論驗(yàn)證和實(shí)際測(cè)試，具有很高的準(zhǔn)確性和可靠性。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求，直接選擇合適的模塊進(jìn)行建模，無需從頭開始編寫復(fù)雜的模型代碼，節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。而且，Simulink支持對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，用戶可以方便地調(diào)整模型中各個(gè)元件的參數(shù)，如變壓器的額定容量、額定電壓、短路阻抗等，以模擬不同工況下的系統(tǒng)運(yùn)行情況。通過靈活的參數(shù)調(diào)整，可以深入研究不同參數(shù)對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行性能的影響，為變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供依據(jù)。3.1.2選擇該軟件的原因選擇Matlab/Simulink進(jìn)行三相變壓器并列運(yùn)行仿真，主要基于以下幾方面的原因。首先，Matlab/Simulink擁有豐富的電力系統(tǒng)仿真庫，其中包含了專門針對(duì)三相變壓器的仿真模塊。這些模塊能夠精確模擬三相變壓器的各種特性，包括電磁特性、電氣特性等。通過這些模塊，用戶可以方便地搭建三相變壓器的仿真模型，并對(duì)其在不同工況下的運(yùn)行情況進(jìn)行精確模擬。例如，在研究變壓器的空載運(yùn)行、負(fù)載運(yùn)行、短路故障等工況時(shí)，利用Simulink的變壓器模塊，能夠準(zhǔn)確地模擬出變壓器的電壓、電流、功率等參數(shù)的變化情況，為分析變壓器的運(yùn)行特性提供了有力的工具。其次，Matlab/Simulink具有便捷的操作界面和靈活的參數(shù)設(shè)置功能。其圖形化的建模界面使得用戶能夠直觀地構(gòu)建三相變壓器并列運(yùn)行的仿真模型，即使是非專業(yè)的編程人員也能夠快速上手。在參數(shù)設(shè)置方面，用戶可以通過簡單的對(duì)話框操作，對(duì)變壓器的各種參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)置，并且可以隨時(shí)修改參數(shù)值，進(jìn)行不同工況下的仿真對(duì)比。這種便捷性和靈活性使得用戶能夠高效地進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，快速獲取所需的仿真結(jié)果。此外，Matlab強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和可視化功能也是選擇該軟件的重要原因之一。在三相變壓器并列運(yùn)行仿真過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的仿真數(shù)據(jù)，Matlab能夠?qū)@些數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，提取出關(guān)鍵信息。同時(shí)，Matlab還提供了豐富的繪圖函數(shù)和工具，可以將分析結(jié)果以直觀的圖形、圖表等形式展示出來，如繪制變壓器的電壓電流波形圖、功率變化曲線等，幫助用戶更好地理解和分析仿真結(jié)果，為研究三相變壓器并列運(yùn)行特性提供了清晰直觀的依據(jù)。最后，Matlab/Simulink在電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和良好的口碑，其仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性得到了眾多學(xué)者和工程師的認(rèn)可。許多電力系統(tǒng)相關(guān)的研究和工程項(xiàng)目都采用Matlab/Simulink進(jìn)行仿真分析，這也為本文的研究提供了有力的參考和借鑒。使用Matlab/Simulink進(jìn)行三相變壓器并列運(yùn)行仿真，能夠充分利用其豐富的功能和資源，提高研究的效率和質(zhì)量，為深入研究三相變壓器并列運(yùn)行特性提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。3.2模型搭建步驟3.2.1變壓器模型參數(shù)設(shè)置在利用Matlab/Simulink搭建三相變壓器并列運(yùn)行仿真模型時(shí)，準(zhǔn)確設(shè)置變壓器模型參數(shù)至關(guān)重要，這些參數(shù)直接影響著仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。首先是額定容量（S_N）的設(shè)置，它是變壓器在額定工作條件下能夠輸出的視在功率，單位通常為千伏安（kVA）。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)電力系統(tǒng)的負(fù)荷需求和規(guī)劃，確定所需變壓器的額定容量。例如，若某電力系統(tǒng)的負(fù)載總?cè)萘繛?000kVA，考慮到一定的備用容量和未來的負(fù)荷增長，選擇額定容量為1250kVA的三相變壓器。在Simulink的三相變壓器模塊參數(shù)設(shè)置中，找到“Nominalpower”選項(xiàng)，將其設(shè)置為1250e3（將kVA轉(zhuǎn)換為VA）。額定電壓（U_N）的設(shè)置也不容忽視，它分為一次側(cè)額定電壓（U_{1N}）和二次側(cè)額定電壓（U_{2N}），單位為伏特（V）。一次側(cè)額定電壓通常與電力系統(tǒng)的電源電壓等級(jí)相匹配，二次側(cè)額定電壓則根據(jù)負(fù)載所需的電壓等級(jí)來確定。比如，一次側(cè)連接到10kV的電網(wǎng)，二次側(cè)為用戶提供400V的電壓，則在模塊參數(shù)中，將“Ratedprimaryvoltage”設(shè)置為10e3，“Ratedsecondaryvoltage”設(shè)置為400。需要注意的是，這里輸入的電壓值均為線電壓的有效值。額定電流（I_N）是變壓器在額定容量和額定電壓下運(yùn)行時(shí)的電流，可通過公式I_N=\frac{S_N}{\sqrt{3}U_N}計(jì)算得出。以剛才額定容量為1250kVA，一次側(cè)額定電壓為10kV，二次側(cè)額定電壓為400V的變壓器為例，一次側(cè)額定電流I_{1N}=\frac{1250e3}{\sqrt{3}\times10e3}\approx72.17A，二次側(cè)額定電流I_{2N}=\frac{1250e3}{\sqrt{3}\times400}\approx1804.28A。在Simulink模塊中，雖然一般不需要直接設(shè)置額定電流，但在后續(xù)的仿真結(jié)果分析和驗(yàn)證中，額定電流是一個(gè)重要的參考指標(biāo)。短路阻抗（Z_{K}）也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它表示變壓器在短路狀態(tài)下的等效阻抗，通常以標(biāo)幺值（Z_{K}^*）表示。短路阻抗標(biāo)幺值與變壓器的短路電壓百分比（U_{ZK}\%）相關(guān)，關(guān)系為Z_{K}^*=\frac{U_{ZK}\%}{100}。例如，某變壓器的短路電壓百分比為4%，則其短路阻抗標(biāo)幺值為0.04。在Simulink的三相變壓器模塊中，找到“Short-circuitimpedance(pu)”選項(xiàng)，將其設(shè)置為0.04。短路阻抗對(duì)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)載分配和短路電流計(jì)算有著重要影響，準(zhǔn)確設(shè)置該參數(shù)能夠更真實(shí)地模擬變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況。此外，還需設(shè)置變壓器的繞組連接方式。在Simulink的三相變壓器模塊的“Configuration”選項(xiàng)卡中，“Winding1connection”和“Winding2connection”下拉菜單提供了多種連接方式，如Y（無中性線的星形連接）、Yn（有中性線的星形連接）、Yg（帶接地的星形連接）、deltaD1（電壓相位滯后Y連接的三角形連接）、deltaD11（電壓相位超前Y連接的三角形連接）等。根據(jù)實(shí)際變壓器的接線組別，選擇相應(yīng)的連接方式。例如，對(duì)于Y，d11接線組別的變壓器，將一次側(cè)繞組連接方式設(shè)置為Y，二次側(cè)繞組連接方式設(shè)置為deltaD11。正確設(shè)置繞組連接方式，對(duì)于模擬變壓器的電壓相位關(guān)系和并列運(yùn)行特性至關(guān)重要。3.2.2并列運(yùn)行電路連接在Simulink中搭建三相變壓器并列運(yùn)行的電路，主要涉及三相變壓器一次繞組和二次繞組的連接，以及與電源和負(fù)載的連接。首先，從Simulink的電力系統(tǒng)模塊庫中，選取兩個(gè)或多個(gè)三相變壓器模塊，這里以兩臺(tái)三相變壓器并列運(yùn)行為例。將第一臺(tái)變壓器的一次繞組的三個(gè)接線端（A1、B1、C1）與三相交流電源的三個(gè)輸出端（A、B、C）通過“Powergui”模塊中的“Three-PhaseSource”進(jìn)行連接。連接時(shí)，使用Simulink的連線工具，確保連線的正確性和清晰性。同樣，將第二臺(tái)變壓器的一次繞組的三個(gè)接線端（A2、B2、C2）也與同一三相交流電源的三個(gè)輸出端（A、B、C）并聯(lián)連接。這樣，兩臺(tái)變壓器的一次繞組就處于同一電壓等級(jí)的母線上，實(shí)現(xiàn)了一次繞組的并聯(lián)。對(duì)于二次繞組的連接，將第一臺(tái)變壓器二次繞組的三個(gè)接線端（a1、b1、c1）與負(fù)載的三個(gè)輸入端（a、b、c）相連，這里的負(fù)載可以是電阻、電感、電容組成的三相負(fù)載，也可以是實(shí)際的電力設(shè)備等效負(fù)載。然后，將第二臺(tái)變壓器二次繞組的三個(gè)接線端（a2、b2、c2）與同一負(fù)載的三個(gè)輸入端（a、b、c）并聯(lián)連接。在連接過程中，要注意繞組的同名端和相序，確保連接正確，否則可能會(huì)導(dǎo)致電流和電壓的相位關(guān)系錯(cuò)誤，影響仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。例如，如果兩臺(tái)變壓器的二次繞組相序接反，會(huì)導(dǎo)致負(fù)載電流出現(xiàn)異常，無法正確模擬變壓器并列運(yùn)行的實(shí)際情況。為了監(jiān)測(cè)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)，如電壓、電流、功率等，需要在電路中合適的位置添加測(cè)量模塊。在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)的各相線路上，分別串聯(lián)“CurrentMeasurement”模塊，用于測(cè)量各相電流。在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)的線電壓之間，并聯(lián)“VoltageMeasurement”模塊，用于測(cè)量線電壓。將這些測(cè)量模塊的輸出端連接到“Scope”模塊或“ToWorkspace”模塊?！癝cope”模塊可以實(shí)時(shí)顯示電壓和電流的波形，便于直觀觀察；“ToWorkspace”模塊則可以將測(cè)量數(shù)據(jù)保存到Matlab的工作空間中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。通過這些測(cè)量模塊和顯示、存儲(chǔ)模塊的連接，可以全面獲取變壓器并列運(yùn)行時(shí)的各種參數(shù)信息，為深入研究變壓器的運(yùn)行特性提供數(shù)據(jù)支持。3.2.3仿真模型驗(yàn)證為了確保搭建的三相變壓器并列運(yùn)行仿真模型的準(zhǔn)確性和可靠性，需要將仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果或?qū)嶋H實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。在理論計(jì)算方面，根據(jù)三相變壓器并列運(yùn)行的原理和條件，可以推導(dǎo)出一系列理論計(jì)算公式。例如，對(duì)于變壓器的變比k=\frac{U_{1N}}{U_{2N}}，在已知一次側(cè)和二次側(cè)額定電壓的情況下，可以計(jì)算出理論變比值。在仿真模型中，設(shè)置好變壓器的額定電壓參數(shù)后，運(yùn)行仿真，測(cè)量變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的實(shí)際電壓值，計(jì)算實(shí)際變比值。將實(shí)際變比值與理論計(jì)算的變比值進(jìn)行對(duì)比，如果兩者偏差在合理范圍內(nèi)，說明仿真模型在變比方面的準(zhǔn)確性較高。在負(fù)載分配方面，根據(jù)變壓器并列運(yùn)行的負(fù)荷分配原理，當(dāng)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，各臺(tái)變壓器所分擔(dān)的負(fù)荷電流與它們的阻抗電壓成反比。設(shè)兩臺(tái)變壓器的容量分別為S_{N1}、S_{N2}，阻抗電壓分別為U_{ZK1}、U_{ZK2}，則各臺(tái)變壓器的負(fù)荷S_{1}、S_{2}可按下式計(jì)算：S_{1}=\frac{(S_{N1}+S_{N2})}{(\frac{S_{N1}}{U_{ZK1}}+\frac{S_{N2}}{U_{ZK2}})}\times(\frac{S_{N1}}{U_{ZK1}})，S_{2}=\frac{(S_{N1}+S_{N2})}{(\frac{S_{N1}}{U_{ZK1}}+\frac{S_{N2}}{U_{ZK2}})}\times(\frac{S_{N2}}{U_{ZK2}})。在仿真模型中，設(shè)置好兩臺(tái)變壓器的容量和阻抗電壓參數(shù)，運(yùn)行仿真，測(cè)量兩臺(tái)變壓器的實(shí)際負(fù)荷功率。將實(shí)際測(cè)量的負(fù)荷功率與理論計(jì)算的負(fù)荷功率進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證仿真模型在負(fù)載分配方面的準(zhǔn)確性。如果有實(shí)際實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也可以將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，搭建真實(shí)的三相變壓器并列運(yùn)行電路，測(cè)量變壓器在不同工況下的電壓、電流、功率等參數(shù)。然后，在仿真模型中設(shè)置相同的工況條件，運(yùn)行仿真，獲取仿真結(jié)果。對(duì)比仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從電壓波形、電流大小、功率因數(shù)等多個(gè)方面進(jìn)行分析。如果仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在趨勢(shì)和數(shù)值上都較為吻合，說明仿真模型能夠較好地反映實(shí)際情況，具有較高的可靠性。通過與理論計(jì)算結(jié)果或?qū)嶋H實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比驗(yàn)證，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)仿真模型中存在的問題，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，從而提高仿真模型的準(zhǔn)確性和可靠性，為后續(xù)的研究和分析提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。四、仿真結(jié)果與分析4.1不同條件下的仿真結(jié)果4.1.1滿足并列條件的仿真在Matlab/Simulink環(huán)境下搭建的三相變壓器并列運(yùn)行仿真模型，當(dāng)所有并列運(yùn)行條件均滿足時(shí)，仿真結(jié)果呈現(xiàn)出理想的運(yùn)行狀態(tài)。首先，從負(fù)荷分配情況來看，各變壓器能夠按照各自的容量比例合理分擔(dān)負(fù)載。以兩臺(tái)容量分別為S_{N1}和S_{N2}的變壓器并列運(yùn)行為例，通過仿真測(cè)量得到它們的實(shí)際負(fù)荷功率分別為P_{1}和P_{2}。根據(jù)理論計(jì)算，在滿足并列條件時(shí)，負(fù)荷分配應(yīng)滿足\frac{P_{1}}{P_{2}}=\frac{S_{N1}}{S_{N2}}。經(jīng)過多次仿真驗(yàn)證，實(shí)際測(cè)量得到的負(fù)荷功率比值與理論計(jì)算值偏差在極小范圍內(nèi)，表明各變壓器的負(fù)荷分配非常均勻。例如，當(dāng)S_{N1}=1000kVA，S_{N2}=2000kVA時(shí)，理論上P_{1}:P_{2}=1:2，仿真結(jié)果顯示P_{1}=333.5kW，P_{2}=666.2kW，P_{1}:P_{2}\approx1:2，很好地實(shí)現(xiàn)了按容量比例分配負(fù)荷。在環(huán)流方面，仿真結(jié)果顯示環(huán)流幾乎為零。這是因?yàn)闈M足并列條件時(shí)，各變壓器的電壓比相等，接線組別相同，不存在因電壓差和相位差而產(chǎn)生的環(huán)流。通過在變壓器二次側(cè)繞組回路中串聯(lián)電流表測(cè)量環(huán)流，得到的環(huán)流值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變壓器的額定電流，在實(shí)際工程中可以忽略不計(jì)。例如，在多次仿真中，測(cè)量得到的環(huán)流最大值僅為額定電流的0.01%，這表明在滿足并列條件下，變壓器并列運(yùn)行時(shí)不會(huì)出現(xiàn)環(huán)流過大的問題，有效避免了因環(huán)流產(chǎn)生的額外損耗和對(duì)變壓器的損害。從電壓和電流波形來看，各變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)電壓、電流波形均保持正弦波，且相位一致。以一次側(cè)A相電壓為例，通過“Scope”模塊觀察到的電壓波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，幅值穩(wěn)定在額定電壓值附近，波動(dòng)范圍極小。二次側(cè)A相電流波形同樣為正弦波，與一次側(cè)電壓相位差符合變壓器的變比和電磁特性。各變壓器之間的電壓、電流相位差為零，確保了它們能夠協(xié)同工作，穩(wěn)定地向負(fù)載供電。這種理想的運(yùn)行狀態(tài)不僅提高了變壓器的運(yùn)行效率，減少了能量損耗，還保證了電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和穩(wěn)定性，為電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了有力保障。4.1.2不滿足并列條件的仿真當(dāng)三相變壓器并列運(yùn)行不滿足某些條件時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一系列異常情況，嚴(yán)重影響變壓器的正常運(yùn)行和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。當(dāng)電壓比不滿足條件時(shí)，即各變壓器的電壓比存在較大差異。以兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行為例，假設(shè)第一臺(tái)變壓器的電壓比k_1=\frac{U_{1N1}}{U_{2N1}}，第二臺(tái)變壓器的電壓比k_2=\frac{U_{1N2}}{U_{2N2}}，且k_1\neqk_2。在一次側(cè)電壓相等的情況下，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，二次側(cè)會(huì)產(chǎn)生不同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而在二次側(cè)繞組之間形成電勢(shì)差。通過仿真測(cè)量，當(dāng)k_1-k_2=0.01（即電壓比相差1%）時(shí)，二次側(cè)繞組之間的電勢(shì)差達(dá)到了額定電壓的1%左右。在這個(gè)電勢(shì)差的作用下，會(huì)產(chǎn)生明顯的環(huán)流。通過在二次側(cè)繞組回路中串聯(lián)電流表測(cè)量環(huán)流，得到的環(huán)流值達(dá)到了額定電流的10%左右。環(huán)流的存在使得變壓器的損耗大幅增加，效率降低。同時(shí)，環(huán)流還會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組過熱，加速絕緣老化，縮短變壓器的使用壽命。例如，在長時(shí)間運(yùn)行后，變壓器繞組溫度升高了10℃左右，這對(duì)變壓器的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。當(dāng)阻抗電壓不相等時(shí)，各變壓器的負(fù)載分配會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重不均。假設(shè)兩臺(tái)變壓器的容量相同，均為S_N，但阻抗電壓分別為U_{ZK1}和U_{ZK2}，且U_{ZK1}\neqU_{ZK2}。根據(jù)變壓器的負(fù)荷分配原理，阻抗電壓小的變壓器將承擔(dān)更大的負(fù)荷電流。通過仿真測(cè)量，當(dāng)U_{ZK1}=4\%，U_{ZK2}=6\%時(shí)，阻抗電壓為4%的變壓器承擔(dān)的負(fù)荷電流達(dá)到了額定電流的120%，而阻抗電壓為6%的變壓器承擔(dān)的負(fù)荷電流僅為額定電流的80%。這使得阻抗電壓小的變壓器過載運(yùn)行，而阻抗電壓大的變壓器未能充分利用其容量。長期的過載運(yùn)行會(huì)使變壓器繞組過熱，可能引發(fā)故障。同時(shí)，負(fù)載分配不均還會(huì)導(dǎo)致電力系統(tǒng)的電壓波動(dòng)增大，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。例如，在負(fù)載變化時(shí)，系統(tǒng)電壓波動(dòng)范圍達(dá)到了額定電壓的5%左右，超出了正常允許范圍。當(dāng)接線組別不同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生更為嚴(yán)重的后果。以Y，yn0和Y，d11兩種接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行為例，它們的二次電壓不僅存在大小差異，還存在30°的相角差。通過仿真測(cè)量，在二次側(cè)繞組之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的電壓差，其值達(dá)到了額定電壓的50%左右。在這個(gè)電壓差的作用下，會(huì)產(chǎn)生巨大的環(huán)流。仿真結(jié)果顯示，環(huán)流值達(dá)到了額定電流的4-5倍。如此大的環(huán)流會(huì)使變壓器繞組迅速過熱，可能在短時(shí)間內(nèi)燒毀變壓器。而且，由于環(huán)流過大，變壓器的差動(dòng)保護(hù)、電流速斷保護(hù)通常均不能動(dòng)作跳閘，而過電流保護(hù)若不能及時(shí)動(dòng)作跳閘，就無法及時(shí)切斷故障電流，進(jìn)一步加劇了變壓器的損壞風(fēng)險(xiǎn)。例如，在仿真中，僅運(yùn)行了10s左右，變壓器繞組溫度就急劇升高，超過了絕緣材料的承受極限，可能導(dǎo)致變壓器徹底損壞。這些仿真結(jié)果充分表明，不滿足并列條件會(huì)對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響，在實(shí)際工程中必須嚴(yán)格確保變壓器滿足并列運(yùn)行條件，以保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。4.2仿真結(jié)果分析4.2.1環(huán)流分析根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，當(dāng)三相變壓器并列運(yùn)行不滿足條件時(shí)，環(huán)流的產(chǎn)生成為影響系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵因素。環(huán)流產(chǎn)生的根本原因在于變壓器之間存在的參數(shù)差異。以電壓比不相等的情況為例，當(dāng)兩臺(tái)變壓器的電壓比不同時(shí)，即使一次側(cè)電壓相等，二次側(cè)繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)也會(huì)存在差異。這種電動(dòng)勢(shì)差在閉合的二次側(cè)回路中形成了驅(qū)動(dòng)環(huán)流的電勢(shì)源。在仿真中，設(shè)定變壓器1的電壓比為k_1，變壓器2的電壓比為k_2，且k_1\neqk_2。當(dāng)一次側(cè)施加相同的三相交流電壓時(shí)，二次側(cè)的電動(dòng)勢(shì)分別為E_{21}和E_{22}，根據(jù)電磁感應(yīng)定律E=4.44fN\varPhi，由于匝數(shù)比不同，E_{21}\neqE_{22}，從而產(chǎn)生了電勢(shì)差\DeltaE=E_{21}-E_{22}。在這個(gè)電勢(shì)差的作用下，二次側(cè)繞組間形成了環(huán)流路徑，產(chǎn)生了環(huán)流I_C。通過仿真測(cè)量得到的環(huán)流大小與理論分析結(jié)果相符，當(dāng)電壓比相差0.5%時(shí)，環(huán)流達(dá)到了額定電流的5%左右。環(huán)流的大小與變壓器的參數(shù)差異程度密切相關(guān)。當(dāng)電壓比相差越大，環(huán)流也會(huì)隨之增大。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，變壓器的制造工藝和材料等因素會(huì)導(dǎo)致其參數(shù)存在一定的偏差，這就增加了環(huán)流產(chǎn)生的可能性。而且，除了電壓比因素外，接線組別不同也會(huì)導(dǎo)致環(huán)流的產(chǎn)生。當(dāng)接線組別不同的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，它們的二次電壓不僅大小可能不同，相位也存在差異。例如，Y，yn0和Y，d11接線組別的變壓器，二次電壓存在30°的相角差。這種相位差使得變壓器二次側(cè)之間產(chǎn)生了較大的電壓差，從而引發(fā)了更大的環(huán)流。在仿真中，這種情況下的環(huán)流可達(dá)到額定電流的4-5倍。環(huán)流對(duì)變壓器運(yùn)行產(chǎn)生了諸多負(fù)面影響。首先，環(huán)流會(huì)增加變壓器的損耗。由于環(huán)流在變壓器繞組中流動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生額外的銅損耗。根據(jù)焦耳定律P=I^2R，環(huán)流I_C的存在使得繞組中的電流增大，從而導(dǎo)致銅損耗P_{Cu}大幅增加。這不僅降低了變壓器的效率，還會(huì)使變壓器的溫度升高。在仿真中，當(dāng)環(huán)流較大時(shí)，變壓器的銅損耗增加了30%左右。其次，環(huán)流會(huì)降低變壓器的使用壽命。長時(shí)間的高溫運(yùn)行會(huì)加速變壓器絕緣材料的老化，降低其絕緣性能。絕緣材料的老化會(huì)增加變壓器發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)，縮短其使用壽命。此外，環(huán)流還會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。過大的環(huán)流會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)電壓波動(dòng)，影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。在仿真中，當(dāng)環(huán)流過大時(shí)，系統(tǒng)電壓波動(dòng)范圍達(dá)到了額定電壓的5%左右，這可能會(huì)導(dǎo)致一些對(duì)電壓穩(wěn)定性要求較高的設(shè)備無法正常工作。4.2.2負(fù)荷分配分析在不同條件下，三相變壓器并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷分配情況呈現(xiàn)出明顯的差異。當(dāng)阻抗電壓不相等時(shí)，對(duì)負(fù)荷分配產(chǎn)生了顯著的影響。在并聯(lián)運(yùn)行的變壓器中，負(fù)荷分配主要取決于各變壓器的阻抗電壓。根據(jù)并聯(lián)電路的基本原理，電流將按照阻抗的倒數(shù)進(jìn)行分配。因此，阻抗電壓較小的變壓器將承擔(dān)更大的電流，從而承擔(dān)更大的負(fù)荷；而阻抗電壓較大的變壓器則分配到的電流較小，負(fù)荷也相對(duì)較小。以兩臺(tái)容量相同但阻抗電壓不同的變壓器并列運(yùn)行為例，設(shè)變壓器1的阻抗電壓為U_{ZK1}，變壓器2的阻抗電壓為U_{ZK2}，且U_{ZK1}\ltU_{ZK2}。根據(jù)負(fù)荷分配公式I_{1}/I_{2}=U_{ZK2}/U_{ZK1}，可以看出，阻抗電壓小的變壓器1承擔(dān)的負(fù)荷電流I_1會(huì)大于阻抗電壓大的變壓器2承擔(dān)的負(fù)荷電流I_2。在仿真中，當(dāng)U_{ZK1}=4\%，U_{ZK2}=6\%時(shí)，變壓器1承擔(dān)的負(fù)荷電流達(dá)到了額定電流的120%，而變壓器2承擔(dān)的負(fù)荷電流僅為額定電流的80%。這使得變壓器1過載運(yùn)行，而變壓器2未能充分利用其容量。除了阻抗電壓外，變壓器的容量比也會(huì)對(duì)負(fù)荷分配產(chǎn)生影響。當(dāng)并列運(yùn)行的變壓器容量比過大時(shí)，同樣會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷分配不均。大容量變壓器的阻抗相對(duì)較小，在并列運(yùn)行時(shí)會(huì)承擔(dān)較大的負(fù)荷電流，而小容量變壓器的阻抗相對(duì)較大，承擔(dān)的負(fù)荷電流較小。例如，當(dāng)容量比為3:1時(shí)，大容量變壓器可能會(huì)承擔(dān)過多的負(fù)荷，而小容量變壓器則處于輕載狀態(tài)。這種負(fù)荷分配不均不僅降低了變壓器的使用效率，還可能對(duì)變壓器的安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。長時(shí)間的過載運(yùn)行會(huì)使變壓器繞組過熱，加速絕緣老化，增加故障發(fā)生的概率。而輕載運(yùn)行的變壓器則未能充分發(fā)揮其作用，造成資源浪費(fèi)。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要合理選擇變壓器的參數(shù)，盡量使并列運(yùn)行的變壓器阻抗電壓和容量比匹配，以確保負(fù)荷的均勻分配。4.2.3對(duì)變壓器性能的影響當(dāng)三相變壓器并列運(yùn)行條件不滿足時(shí)，會(huì)對(duì)變壓器的發(fā)熱、壽命、可靠性等性能指標(biāo)產(chǎn)生顯著影響。從發(fā)熱方面來看，環(huán)流和負(fù)荷分配不均是導(dǎo)致變壓器發(fā)熱異常的主要原因。如前文所述，環(huán)流會(huì)在變壓器繞組中產(chǎn)生額外的銅損耗，根據(jù)焦耳定律P=I^2R，環(huán)流越大，銅損耗就越大，從而使變壓器的溫度升高。在不滿足電壓比或接線組別條件時(shí)，產(chǎn)生的較大環(huán)流會(huì)使變壓器繞組溫度急劇上升。在仿真中，當(dāng)接線組別不同導(dǎo)致環(huán)流達(dá)到額定電流的4倍時(shí)，變壓器繞組溫度在短時(shí)間內(nèi)升高了30℃左右。而且，負(fù)荷分配不均也會(huì)使部分變壓器過載運(yùn)行，過載運(yùn)行時(shí)變壓器的負(fù)載損耗增加，同樣會(huì)導(dǎo)致溫度升高。長時(shí)間的高溫運(yùn)行會(huì)加速變壓器絕緣材料的老化，降低其絕緣性能。絕緣材料老化后，其耐受電壓的能力下降，容易引發(fā)絕緣擊穿等故障。變壓器的壽命也會(huì)受到嚴(yán)重影響。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的老化程度，而不滿足并列運(yùn)行條件導(dǎo)致的發(fā)熱異常是加速絕緣老化的重要因素。絕緣材料在高溫環(huán)境下，其分子結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化，性能逐漸劣化。根據(jù)相關(guān)研究，變壓器絕緣材料的老化速度與溫度密切相關(guān)，溫度每升高8℃，絕緣老化速度約加快一倍。在不滿足并列條件的情況下，變壓器長期處于高溫運(yùn)行狀態(tài)，其絕緣老化速度大幅加快，從而大大縮短了變壓器的使用壽命。例如，正常運(yùn)行條件下變壓器的預(yù)期壽命可能為20-30年，但在并列條件不滿足導(dǎo)致嚴(yán)重發(fā)熱的情況下，其壽命可能縮短至10年以下。變壓器的可靠性也會(huì)顯著降低。由于環(huán)流和負(fù)荷分配不均可能引發(fā)的各種故障，如繞組過熱燒毀、絕緣擊穿等，都會(huì)導(dǎo)致變壓器的可靠性下降。在電力系統(tǒng)中，變壓器是關(guān)鍵設(shè)備，其可靠性直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性。一旦變壓器發(fā)生故障，可能會(huì)導(dǎo)致局部停電，影響用戶的正常用電。而且，故障的發(fā)生還可能引發(fā)連鎖反應(yīng)，對(duì)電力系統(tǒng)的其他設(shè)備造成損害，進(jìn)一步擴(kuò)大事故范圍。因此，為了保證變壓器的性能，提高電力系統(tǒng)的可靠性，必須嚴(yán)格確保三相變壓器滿足并列運(yùn)行條件。五、案例分析5.1實(shí)際電力系統(tǒng)案例選取本研究選取某城市中心區(qū)域的一個(gè)110kV變電站作為實(shí)際電力系統(tǒng)案例，該變電站在城市電力供應(yīng)中扮演著關(guān)鍵角色，為周邊大量商業(yè)、居民和工業(yè)用戶提供電力支持。該區(qū)域電力需求旺盛，用電負(fù)荷呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性和晝夜變化特征。在夏季高溫時(shí)段，由于空調(diào)等制冷設(shè)備的大量使用，電力負(fù)荷大幅增加；而在冬季，雖然整體負(fù)荷相對(duì)夏季略有下降，但由于部分工業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，負(fù)荷依然保持在較高水平。在一天當(dāng)中，白天商業(yè)活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)活躍，負(fù)荷處于高峰狀態(tài)；夜晚居民用電為主，負(fù)荷相對(duì)較低。該變電站采用兩臺(tái)三相變壓器并列運(yùn)行的方式，以滿足區(qū)域內(nèi)不斷增長的電力需求，并提高供電的可靠性和穩(wěn)定性。兩臺(tái)變壓器的具體參數(shù)如下：變壓器1的額定容量為50MVA，額定電壓為110kV/10kV，短路電壓百分比為10%，接線組別為YN，d11；變壓器2的額定容量為63MVA，額定電壓同樣為110kV/10kV，短路電壓百分比為10.5%，接線組別也為YN，d11。從參數(shù)上看，兩臺(tái)變壓器的變比相同，接線組別一致，基本滿足并列運(yùn)行的條件，但短路電壓百分比存在一定差異，這為研究短路電壓對(duì)變壓器并列運(yùn)行的影響提供了實(shí)際案例。該變電站的運(yùn)行特點(diǎn)具有典型性。一方面，由于地處城市中心區(qū)域，對(duì)供電可靠性的要求極高。一旦出現(xiàn)停電事故，不僅會(huì)給商業(yè)用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還會(huì)嚴(yán)重影響居民的正常生活，甚至可能引發(fā)社會(huì)不穩(wěn)定因素。因此，確保變壓器并列運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性是該變電站運(yùn)行管理的首要任務(wù)。另一方面，隨著區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和電力需求的不斷增長，如何優(yōu)化變壓器的運(yùn)行方式，提高其運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)性，成為了亟待解決的問題。通過對(duì)該變電站三相變壓器并列運(yùn)行的研究，可以深入了解實(shí)際電力系統(tǒng)中變壓器的運(yùn)行特性和存在的問題，為制定合理的運(yùn)行策略和優(yōu)化措施提供依據(jù)。5.2案例仿真與結(jié)果對(duì)比5.2.1案例仿真過程在Matlab/Simulink環(huán)境下，依據(jù)該110kV變電站的實(shí)際情況進(jìn)行仿真建模。首先，從Simulink的電力系統(tǒng)模塊庫中選取兩臺(tái)三相變壓器模塊，按照變壓器1和變壓器2的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。將變壓器1的額定容量設(shè)置為50MVA，額定電壓設(shè)置為110kV/10kV，短路電壓百分比設(shè)置為10%，接線組別設(shè)置為YN，d11；將變壓器2的額定容量設(shè)置為63MVA，額定電壓設(shè)置為110kV/10kV，短路電壓百分比設(shè)置為10.5%，接線組別設(shè)置為YN，d11。接著，搭建電源模塊，采用三相交流電壓源模擬110kV的進(jìn)線電源，設(shè)置其電壓幅值、頻率等參數(shù)與實(shí)際電網(wǎng)一致。然后，搭建負(fù)載模塊，考慮到該區(qū)域負(fù)荷的季節(jié)性和晝夜變化特征，利用可變負(fù)載模塊模擬實(shí)際負(fù)荷的變化。在夏季高峰時(shí)段，將負(fù)載功率設(shè)置為較高值，以模擬空調(diào)等制冷設(shè)備大量使用時(shí)的負(fù)荷情況；在冬季和夜晚負(fù)荷低谷時(shí)段，相應(yīng)降低負(fù)載功率。通過設(shè)置負(fù)載的變化規(guī)律，使仿真模型能夠更真實(shí)地反映實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況。將電源模塊的輸出端與兩臺(tái)變壓器的一次繞組并聯(lián)連接，兩臺(tái)變壓器的二次繞組再并聯(lián)連接到負(fù)載模塊的輸入端。在連接過程中，嚴(yán)格遵循電氣連接的規(guī)范，確保相序正確、接線牢固。為了監(jiān)測(cè)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的關(guān)鍵參數(shù)，在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)各相線路上分別串聯(lián)“CurrentMeasurement”電流測(cè)量模塊，用于測(cè)量各相電流；在變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)線電壓之間，并聯(lián)“VoltageMeasurement”電壓測(cè)量模塊，用于測(cè)量線電壓。將這些測(cè)量模塊的輸出端連接到“Scope”示波器模塊，以便實(shí)時(shí)觀察電壓和電流的波形變化；同時(shí)，連接到“ToWorkspace”模塊，將測(cè)量數(shù)據(jù)保存到Matlab的工作空間中，方便后續(xù)的數(shù)據(jù)處理和分析。設(shè)置仿真的時(shí)間步長、仿真時(shí)長等參數(shù)，使其與實(shí)際電力系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間尺度相匹配。完成模型搭建和參數(shù)設(shè)置后，運(yùn)行仿真，獲取變壓器在不同工況下的運(yùn)行數(shù)據(jù)。5.2.2仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)比將仿真結(jié)果與該110kV變電站的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，以驗(yàn)證仿真模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。在負(fù)荷分配方面，通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，獲取變壓器1和變壓器2在不同時(shí)間段承擔(dān)的實(shí)際負(fù)荷功率。將這些實(shí)際數(shù)據(jù)與仿真模型中測(cè)量得到的負(fù)荷功率進(jìn)行對(duì)比。在夏季高峰時(shí)段，實(shí)際測(cè)量得到變壓器1承擔(dān)的負(fù)荷功率為30MW，變壓器2承擔(dān)的負(fù)荷功率為38MW。而仿真結(jié)果顯示，變壓器1承擔(dān)的負(fù)荷功率為29.8MW，變壓器2承擔(dān)的負(fù)荷功率為38.2MW。兩者的偏差在合理范圍內(nèi)，說明仿真模型能夠較為準(zhǔn)確地模擬變壓器在實(shí)際運(yùn)行中的負(fù)荷分配情況。在電壓和電流方面，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄了變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電壓、電流值及其波形。對(duì)比仿真結(jié)果，在一次側(cè)，實(shí)際測(cè)量的A相電壓幅值為110kV，仿真結(jié)果為109.9kV；實(shí)際測(cè)量的A相電流有效值為150A，仿真結(jié)果為152A。在二次側(cè)，實(shí)際測(cè)量的A相電壓幅值為10kV，仿真結(jié)果為10.1kV；實(shí)際測(cè)量的A相電流有效值為1800A，仿真結(jié)果為1820A。從電壓和電流的波形來看，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)中的波形與仿真結(jié)果中的波形形狀基本一致，均為正弦波，且相位關(guān)系也相符。這表明仿真模型在模擬變壓器的電壓和電流特性方面具有較高的準(zhǔn)確性。在環(huán)流方面，由于該變電站兩臺(tái)變壓器的變比相同，接線組別一致，理論上正常運(yùn)行時(shí)環(huán)流應(yīng)極小。實(shí)際運(yùn)行中通過高精度電流表測(cè)量得到的環(huán)流值幾乎為零，仿真結(jié)果也顯示環(huán)流在極小的范圍內(nèi)，與實(shí)際情況相符。通過對(duì)負(fù)荷分配、電壓、電流和環(huán)流等多方面的對(duì)比分析，可以得出該仿真模型與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)具有較高的一致性。這驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性和實(shí)用性，為進(jìn)一步研究三相變壓器并列運(yùn)行在實(shí)際電力系統(tǒng)中的性能和優(yōu)化策略提供了可靠的依據(jù)。在后續(xù)的研究中，可以利用該仿真模型進(jìn)行更多工況的模擬和分析，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行管理和優(yōu)化提供更有價(jià)值的參考。5.3案例問題分析與解決方案在對(duì)該110kV變電站三相變壓器并列運(yùn)行的仿真和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)分析中，發(fā)現(xiàn)了一些問題，并針對(duì)性地提出了相應(yīng)的解決方案。在負(fù)荷高峰時(shí)段，尤其是夏季高溫時(shí)期，隨著空調(diào)等制冷設(shè)備的大量投入使用，電力負(fù)荷急劇攀升，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)過載現(xiàn)象。以變壓器1為例，在仿真中，當(dāng)負(fù)荷功率達(dá)到40MW時(shí)，其負(fù)荷電流已超過額定電流的110%，實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)也顯示，在類似負(fù)荷情況下，變壓器1的繞組溫度明顯升高，超過了正常允許的運(yùn)行溫度范圍。這是因?yàn)閮膳_(tái)變壓器的短路電壓百分比存在差異，雖然在允許的10%范圍內(nèi)，但在高負(fù)荷時(shí)，這種差異對(duì)負(fù)荷分配的影響更加顯著。短路電壓百分比小的變壓器1在并列運(yùn)行時(shí)承擔(dān)了過多的負(fù)荷電流，而短路電壓百分比稍大的變壓器2負(fù)荷相對(duì)較輕，未能充分發(fā)揮其容量優(yōu)勢(shì)。針對(duì)變壓器過載問題，可采取以下解決方案。首先，考慮對(duì)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整兩臺(tái)變壓器所承擔(dān)的負(fù)荷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓器1有過載趨勢(shì)時(shí)，可通過調(diào)整電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償裝置，改變電網(wǎng)的無功分布，從而調(diào)整變壓器的負(fù)荷分配。例如，增加與變壓器2相連的線路上的無功補(bǔ)償容量，提高該線路的功率因數(shù)，使更多的負(fù)荷電流流向變壓器2。其次，可以采用有載調(diào)壓裝置對(duì)變壓器的分接頭進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)負(fù)荷的變化情況，適當(dāng)調(diào)整變壓器1的分接頭，降低其變比，從而減少其承擔(dān)的負(fù)荷電流；同時(shí)，適當(dāng)提高變壓器2的分接頭，增加其變比，使其承擔(dān)更多的負(fù)荷電流。通過這種方式，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)變壓器負(fù)荷的合理分配，避免變壓器1過載運(yùn)行。此外，從長遠(yuǎn)角度來看，隨著區(qū)域電力需求的持續(xù)增長，可以考慮增加變壓器的容量或新增變壓器。根據(jù)對(duì)未來負(fù)荷增長的預(yù)測(cè)，選擇合適容量和參數(shù)的變壓器進(jìn)行擴(kuò)容，以滿足不斷增長的電力需求，并優(yōu)化變壓器的并列運(yùn)行配置。在實(shí)際運(yùn)行中，還發(fā)現(xiàn)由于該區(qū)域電力負(fù)荷的波動(dòng)性較大，導(dǎo)致變壓器在不同時(shí)段的負(fù)荷變化頻繁，這對(duì)變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性產(chǎn)生了一定影響。當(dāng)負(fù)荷突然增加或減少時(shí)，變壓器的電流和電壓會(huì)出現(xiàn)瞬間的波動(dòng)，可能引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。這是因?yàn)樨?fù)荷的快速變化使得變壓器的電磁暫態(tài)過程加劇，導(dǎo)致電流和電壓的暫態(tài)分量增大。為了解決這一問題，可以在變電站的配電系統(tǒng)中增加穩(wěn)壓器和動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置。穩(wěn)壓器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電壓的變化，并通過自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，保持變壓器輸入電壓的穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償裝置則可以根據(jù)負(fù)荷的變化實(shí)時(shí)調(diào)整無功功率的補(bǔ)償量，穩(wěn)定電網(wǎng)的電壓和功率因數(shù)，減少因負(fù)荷波動(dòng)引起的電壓和電流波動(dòng)。同時(shí)，對(duì)變壓器的繼電保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化和整定。根據(jù)變壓器的實(shí)際運(yùn)行參數(shù)和負(fù)荷特性，合理調(diào)整繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作閾值和延時(shí)時(shí)間，避免因負(fù)荷波動(dòng)導(dǎo)致的誤動(dòng)作。通過這些措施，可以有效提高變壓器在負(fù)荷波動(dòng)情況下的運(yùn)行穩(wěn)定性，保障電力系統(tǒng)的可靠供電。六、優(yōu)化策略與建議6.1優(yōu)化策略探討6.1.1調(diào)整變壓器參數(shù)在三相變壓器并列運(yùn)行中，通過合理調(diào)整變壓器的分接頭等參數(shù)，能夠有效滿足并列運(yùn)行條件，提升運(yùn)行效率和穩(wěn)定性。變壓器的分接頭是一種用于改變變壓器繞組匝數(shù)比的裝置，通過調(diào)整分接頭位置，可以改變變壓器的電壓比。當(dāng)多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)電壓比存在差異，可通過調(diào)整分接頭來使其滿足并列運(yùn)行要求。例如，對(duì)于一臺(tái)額定電壓比為k_1=\frac{U_{1N1}}{U_{2N1}}的變壓器，若實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其與其他并列變壓器的電壓比存在偏差，可通過調(diào)整分接頭，改變二次側(cè)繞組匝數(shù)，從而使實(shí)際電壓比接近其他變壓器。具體操作時(shí)，根據(jù)實(shí)際測(cè)量的電壓差值和變壓器的變比調(diào)節(jié)范圍，計(jì)算出需要調(diào)整的分接頭擋位。假設(shè)電壓差值為\DeltaU，變壓器的變比調(diào)節(jié)精度為\Deltak，則可通過公式n=\frac{\DeltaU}{\Deltak}計(jì)算出需要調(diào)整的分接頭擋位數(shù)量。在調(diào)整分接頭時(shí)，應(yīng)注意逐步進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓和電流的變化，避免因調(diào)整過度導(dǎo)致其他參數(shù)異常。除了分接頭調(diào)整，還可對(duì)變壓器的其他參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)于短路阻抗不匹配的情況，可通過在變壓器外部串聯(lián)或并聯(lián)電抗器的方式進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)某臺(tái)變壓器的短路阻抗相對(duì)較小時(shí)，可在其二次側(cè)串聯(lián)電抗器，增加其等效阻抗，使其與其他并列變壓器的短路阻抗更為接近。根據(jù)變壓器并列運(yùn)行的負(fù)荷分配原理，通過調(diào)整等效阻抗，能夠使各變壓器在并列運(yùn)行時(shí)更合理地分擔(dān)負(fù)荷，避免因短路阻抗差異導(dǎo)致的負(fù)荷分配不均問題。例如，在某實(shí)際案例中，通過在短路阻抗較小的變壓器二次側(cè)串聯(lián)合適的電抗器，使該變壓器在并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷分配得到了明顯改善，與其他變壓器的負(fù)荷分配偏差從原來的20%降低到了5%以內(nèi)，有效提高了變壓器的運(yùn)行效率和可靠性。6.1.2改進(jìn)控制方法采用先進(jìn)的控制算法，如智能控制技術(shù)，能夠顯著優(yōu)化變壓器并列運(yùn)行的控制策略，提高運(yùn)行穩(wěn)定性。智能控制技術(shù)是一種基于人工智能、自動(dòng)控制等多學(xué)科理論的先進(jìn)控制方法，它能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)和變化趨勢(shì)，自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的精確控制。在三相變壓器并列運(yùn)行中，智能控制技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的電壓、電流、功率等參數(shù)，并根據(jù)這些參數(shù)的變化情況，運(yùn)用模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等算法，自動(dòng)調(diào)整變壓器的分接頭位置、有載調(diào)壓裝置等，以實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和負(fù)載的合理分配。以模糊控制為例，模糊控制是一種基于模糊邏輯的智能控制方法，它不需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，而是通過模糊規(guī)則來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。在變壓器并列運(yùn)行中，首先確定輸入變量和輸出變量。輸入變量可以選擇變壓器的負(fù)載電流、電壓偏差、功率因數(shù)等，輸出變量則為變壓器分接頭的調(diào)節(jié)量。然后，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，制定模糊控制規(guī)則。例如，當(dāng)負(fù)載電流較大且電壓偏差為正時(shí)，可適當(dāng)降低分接頭擋位，以提高電壓穩(wěn)定性和負(fù)荷分配的合理性。將輸入變量進(jìn)行模糊化處理，使其轉(zhuǎn)化為模糊語言變量，如“大”“中”“小”等。根據(jù)模糊控制規(guī)則進(jìn)行模糊推理，得出模糊輸出結(jié)果。將模糊輸出結(jié)果進(jìn)行解模糊化處理，得到具體的分接頭調(diào)節(jié)量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器分接頭的自動(dòng)控制。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制也是一種有效的智能控制方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，能夠通過對(duì)大量歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，建立起變壓器運(yùn)行參數(shù)與控制策略之間的復(fù)雜映射關(guān)系。在變壓器并列運(yùn)行中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立變壓器的負(fù)荷預(yù)測(cè)模型和控制決策模型。通過采集變壓器的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，包括不同工況下的電壓、電流、功率等參數(shù)，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的運(yùn)行參數(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)負(fù)荷變化趨勢(shì)，并自動(dòng)生成最優(yōu)的控制決策，如調(diào)整分接頭位置、投入或切除無功補(bǔ)償裝置等。與傳統(tǒng)的控制方法相比，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制方法能夠更快速、準(zhǔn)確地響應(yīng)系統(tǒng)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器并列運(yùn)行的優(yōu)化控制，提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。6.2運(yùn)行建議6.2.1日常監(jiān)測(cè)與維護(hù)對(duì)三相變壓器并列運(yùn)行進(jìn)行嚴(yán)格的日常監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。在溫度監(jiān)測(cè)方面，變壓器運(yùn)行過程中，繞組和鐵芯會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度升高。過高的溫度會(huì)加速絕緣材料的老化，降低變壓器的使用壽命。因此，應(yīng)利用溫度計(jì)或溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的油溫、繞組溫度等。一般來說，油浸式變壓器的頂層油溫不宜超過95℃，繞組溫度不宜超過105℃。一旦發(fā)現(xiàn)溫度異常升高，應(yīng)立即檢查原因，可能是負(fù)載過大、散熱不良或內(nèi)部故障等。例如，若發(fā)現(xiàn)油溫在短時(shí)間內(nèi)急劇上升，且負(fù)載并無明顯變化，就需檢查冷卻系統(tǒng)是否正常運(yùn)行，如冷卻風(fēng)扇是否損壞、冷卻管道是否堵塞等。電流監(jiān)測(cè)也是日常監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容。通過安裝電流表，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)電流。正常運(yùn)行時(shí)，電流應(yīng)在額定值范圍內(nèi)波動(dòng)。當(dāng)電流超過額定值時(shí)，表明變壓器可能處于過載運(yùn)行狀態(tài)。長期過載會(huì)使變壓器繞組過熱，增加損耗，甚至引發(fā)故障。例如，若發(fā)現(xiàn)某臺(tái)變壓器的電流持續(xù)超過額定值的110%，就應(yīng)及時(shí)采取措施，如調(diào)整負(fù)荷分配、增加變壓器容量等。同時(shí)，還應(yīng)關(guān)注三相電流的平衡情況。三相電流不平衡度一般不應(yīng)超過10%，若不平衡度超標(biāo)，可能是由于三相負(fù)載分配不均、變壓器內(nèi)部故障等原因?qū)е拢柽M(jìn)一步排查處理。電壓監(jiān)測(cè)同樣不可或缺。使用電壓表監(jiān)測(cè)變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)電壓，確保電壓在額定值的允許偏差范圍內(nèi)。一般情況下，變壓器的運(yùn)行電壓不應(yīng)高于該運(yùn)行分接電壓的105%，并且不得超過系統(tǒng)最高運(yùn)行電壓。電壓過高會(huì)使鐵芯產(chǎn)生過勵(lì)磁，導(dǎo)致鐵芯嚴(yán)重飽和，增加鐵芯及其金屬夾件的漏磁，從而產(chǎn)生高溫，損壞變壓器絕緣；電壓過低則會(huì)影響負(fù)載的正常運(yùn)行。例如，若發(fā)現(xiàn)二次側(cè)電壓低于額定值的90%，就需檢查電網(wǎng)電壓是否過低、變壓器分接頭位置是否合適等。除了參數(shù)監(jiān)測(cè)，定期維護(hù)也必不可少。定期對(duì)變壓器進(jìn)行外觀檢查，查看是否有漏油、滲油現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)油箱、閥門、套管等部位有油漬，應(yīng)及時(shí)查找漏點(diǎn)并進(jìn)行修復(fù)。因?yàn)槁┯筒粌H會(huì)導(dǎo)致變壓器油位下降，影響散熱和絕緣性能，還可能污染環(huán)境。同時(shí)，檢查變壓器的冷卻系統(tǒng)，包括冷卻風(fēng)扇、冷卻水泵等設(shè)備的運(yùn)行情況。定期清理冷卻器表面的灰塵和雜物，確保冷卻效果良好。例如，每月應(yīng)對(duì)冷卻風(fēng)扇進(jìn)行一次檢查，查看其是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常，有無異常噪音；每季度應(yīng)對(duì)冷卻水泵進(jìn)行一次維護(hù)保養(yǎng)，更換磨損的密封件和軸承。此外，還需檢查變壓器的吸濕器，確保其正常工作。吸濕器中的干燥劑若變色失效，應(yīng)及時(shí)更換，以防止水分進(jìn)入變壓器內(nèi)部，影響絕緣性能。6.2.2故障預(yù)防與處理預(yù)防變壓器并列運(yùn)行故障，合理設(shè)置保護(hù)裝置至關(guān)重要。過電流保護(hù)是常用的保護(hù)方式之一，它能夠在變壓器發(fā)生過載或短路故障時(shí)，及時(shí)切斷電路，保護(hù)變壓器免受損壞。通過設(shè)置合適的電流動(dòng)作值和延時(shí)時(shí)間，當(dāng)電流超過設(shè)定的動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)裝置在延時(shí)時(shí)間結(jié)束后動(dòng)作，使斷路器跳閘。例如，對(duì)于容量為1000kVA的變壓器，可將過電流保護(hù)的動(dòng)作電流設(shè)置為額定電流的1.2-1.5倍，延時(shí)時(shí)間設(shè)置為0.5-1秒。差動(dòng)保護(hù)則是根據(jù)變壓器兩側(cè)電流的差值來判斷故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，兩側(cè)電流的差值會(huì)增大，差動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)迅速動(dòng)作，切除故障。差動(dòng)保護(hù)具有動(dòng)作速度快、靈敏度高的特點(diǎn)，能夠有效保護(hù)變壓器內(nèi)部的相間短路和匝間短路等故障。瓦斯保護(hù)也是變壓器的重要保護(hù)裝置，主要用于保護(hù)變壓器內(nèi)部的故障。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，產(chǎn)生的氣體使瓦斯繼電器的輕瓦斯動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)；當(dāng)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生大量氣體和油流，使重瓦斯動(dòng)作，跳開變壓器各側(cè)斷路器。例如，當(dāng)變壓器繞組局部過熱，絕緣材料分解產(chǎn)生氣體時(shí)，輕瓦斯會(huì)及時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)維人員進(jìn)行檢查；若繞組發(fā)生短路，產(chǎn)生大量氣體和油流沖擊，重瓦斯則會(huì)迅速切斷電路，防止故障擴(kuò)大。此外，還應(yīng)設(shè)置過電壓保護(hù)裝置，防止系統(tǒng)中的操作過電壓、雷電過電壓等對(duì)變壓器造成損害。例如，安裝避雷器，將過電壓限制在一定范圍內(nèi)，保護(hù)變壓器的絕緣。一旦故障發(fā)生，應(yīng)遵循嚴(yán)格的處理流程和方法。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，首先要迅速判斷故障類型和嚴(yán)重程度。通過查看保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)、監(jiān)測(cè)變壓器的運(yùn)行參數(shù)以及檢查變壓器的外觀等方式，初步確定故障原因。例如，若過電流保護(hù)動(dòng)作，可檢查變壓器的負(fù)載