什么是变压器的并列运行

变压器并列运行是指将两台或多台变压器的一次绕组和二次绕组分别连接到公共的母线上，共同向负载供电的电气运行方式。这种运行方式旨在提高供电的可靠性与灵活性，优化变压器的负载分配与经济运行，并满足日益增长的电力负荷需求。要实现变压器的安全、稳定并列运行，必须严格满足一系列技术条件，包括电压比相同、连接组别一致、短路阻抗接近以及相序正确等核心要素。

       在现代电力系统中，变压器作为电能传输与分配的核心设备，其运行方式直接关系到电网的稳定、经济与可靠。随着工业发展与城市负荷的快速增长，单一变压器往往难以满足大容量供电需求，或在故障时会导致大面积停电。因此，将两台或多台变压器并联起来共同承担负荷，即“变压器的并列运行”，已成为电力系统设计、调度与运维中的一项关键技术措施。这不仅是提高供电可靠性的重要手段，也是实现电力系统经济运行、灵活调度与未来扩容的基础。本文将深入探讨变压器并列运行的本质、前提条件、具体操作、优势挑战及其在实际中的应用要点。

       

一、 变压器并列运行的核心定义与基本原理

       变压器的并列运行，在电气专业领域特指将两台及以上变压器的一次侧绕组分别连接到同一段电压等级的公共电源母线上，同时将其二次侧绕组也连接到另一段电压等级的公共负荷母线上，从而形成一个多电源共同向同一负荷网络供电的系统结构。其基本原理基于电路理论的并联法则：当满足特定条件时，并联的各变压器等效于一个总容量为各变压器容量之和的“等效大变压器”，它们共同分担总负荷电流，且各自输出电压保持一致，从而避免了因电压差而产生的巨大环流。这种运行模式的核心目标，是实现负荷在各变压器间的合理分配，确保系统在单台变压器退出运行时，其余变压器能继续保障重要负荷的供电，从而实现“N-1”甚至更高的供电可靠性标准。

       

二、 实施并列运行必须满足的四大关键技术条件

       并非任意两台变压器都可以直接并联。不满足条件的强行并列，会产生巨大的循环电流，轻则导致变压器过热、效率降低、损耗剧增，重则会烧毁绕组，造成严重事故。因此，并列运行必须严格满足以下四个基本条件，这些条件在《电力变压器运行规程》等相关国家标准和行业规范中均有明确规定。

       

1. 电压比必须严格相等

       电压比是指变压器高压侧额定电压与低压侧额定电压的比值。并列运行的变压器，其电压比必须相同，允许的偏差极小，通常要求在±0.5%以内。如果电压比存在差异，即使在空载状态下，两台变压器的二次侧也会产生电压差。这个电压差作用在两台变压器二次绕组构成的闭合回路上，就会产生环流。环流不流经负载，只在变压器绕组内部循环，成为额外的铜损耗，导致变压器发热，降低运行效率，严重时会使变压器过载。因此，在选择并列运行的变压器时，必须优先选用额定电压和电压比完全一致的设备。

       

2. 连接组别必须绝对一致

       连接组别（如Yyn0， Dyn11等）定义了变压器高、低压侧绕组连接方式（星形或三角形）以及对应线电压之间的相位关系。这是并列运行中最关键、最严格的条件，必须绝对相同。如果连接组别不同，即使电压大小相等，两侧电压之间也会存在相位差，例如30度、60度甚至180度。这个相位差会在二次侧产生数倍于额定电流的环流，是绝对禁止的运行状态。在工程实践中，所有待并列的变压器必须通过核相试验，确认其相位关系完全一致后，方可进行并列操作。

       

3. 短路阻抗（阻抗电压）应尽量接近

       短路阻抗百分比是变压器的一个重要参数，它反映了变压器内部阻抗的大小。在电压比和连接组别均满足条件的前提下，短路阻抗决定了并列变压器之间负荷分配的合理性。理想情况下，各变压器的短路阻抗相等，则它们承担的负荷容量将按其额定容量成比例分配。如果短路阻抗不同，阻抗小的变压器承担的负荷比例会超过其额定容量比例，容易过载；而阻抗大的变压器则负荷不足，容量得不到充分利用。规程一般要求并列变压器短路阻抗的差值不应超过其中一台变压器短路阻抗值的10%，且容量比不宜超过3:1，以确保负荷分配相对均衡。

       

4. 相序与相位必须正确对应

       对于三相变压器，除了连接组别，还必须确保一次侧接入系统的相序一致，并且通过核相确保二次侧对应相的相位完全相同。这项工作通常在变压器首次投运或检修后进行，使用专用的核相仪在并列点两侧进行测量，确认每一相都正确对应，避免因接线错误导致相间短路。

       

三、 变压器并列运行带来的主要优势分析

       在满足技术条件的前提下，采用变压器并列运行模式能为电力系统带来显著的综合效益，这是其在变电站设计中被广泛采用的根本原因。

       

1. 大幅提升供电可靠性

       这是最突出的优点。当系统中一台变压器因计划检修、预防性试验或突发故障需要退出运行时，其承担的负荷可以自动或通过操作转移至其他并列运行的变压器上。只要剩余变压器的总容量能满足全部或重要负荷的需求，供电就不会中断，实现了不间断供电，尤其对于医院、数据中心、重要工业企业等一级负荷用户至关重要。

       

2. 提高系统运行的经济性

       电力负荷具有明显的峰谷特性。在负荷低谷期，可以停运一部分变压器，让剩余的变压器在接近最佳效率点的高负载率下运行，从而减少空载损耗（铁损），降低系统总损耗。在负荷高峰期，则投入所有变压器共同承担负荷，避免单台变压器过载。这种灵活的投退策略，使得变压器群始终处于高效经济运行区间，实现了节能降耗。

       

3. 增强系统调度灵活性与扩容便利性

       并列运行为负荷调度提供了灵活性。可以根据需要调整运行变压器的台数，适应负荷变化。同时，当未来负荷增长需要扩容时，可以采用“新增一台变压器与原有变压器并列”的方式，比更换一台超大容量变压器更为经济、便捷，且施工期间对现有供电影响更小。

       

4. 优化变压器寿命与维护计划

       通过并列运行分担负荷，可以减轻单台变压器的长期运行压力，降低其绝缘老化速度，有利于延长整体设备寿命。同时，计划性检修可以轮流进行，无需整体停电，使得维护工作更有计划性和主动性。

       

四、 并列运行中需要关注的问题与应对策略

       尽管优势明显，但并列运行也引入了一些复杂性和需要特别关注的问题，必须在设计、运维中予以充分考虑。

       

1. 环流问题及其抑制

       即使在理想条件下，由于制造公差、分接头位置微小差异、阻抗不完全相等等因素，变压器之间仍会存在微小的不平衡电压，从而产生一定的环流。运维中需要定期监测各变压器的负荷电流和绕组温度，确保环流被控制在允许范围内（通常要求不超过额定电流的10%）。通过精细调整有载调压变压器的分接头，可以减小环流。

       

2. 短路电流增大的影响

       多台变压器并列后，系统等效阻抗减小，当低压侧母线发生短路故障时，提供的短路电流会显著增大。这对低压侧断路器、母线等设备的动稳定和热稳定能力提出了更高要求。在设计阶段就必须进行短路电流计算，校验所有相关电气设备的开断能力和动热稳定性是否满足并列运行后的新要求。

       

3. 保护配置的复杂性增加

       并列运行改变了系统的运行结构，传统的保护配置可能需要调整。例如，需要装设防止环流过大的保护；变压器的差动保护范围界定要更清晰；后备保护的配合需要考虑多电源的情况。保护定值的整定计算更为复杂，必须确保在任一变压器故障时，保护能快速、选择性地动作，将故障变压器切除，而不影响其他正常运行变压器。

       

4. 对系统运行方式变化的敏感性

       当并列运行的变压器台数、参数或网络结构发生变化时，系统的潮流分布、电压水平和短路容量都会改变。运行人员需要深刻理解这些变化，并在操作前进行充分的分析和模拟，避免因方式变化引发新的问题。

       

五、 变压器并列运行的具体操作流程与注意事项

       变压器的并列操作是一项严肃的倒闸操作，必须严格按照操作规程执行，一般遵循以下流程：

       

1. 并列前的检查与准备

       首先，核对所有待并列变压器的技术参数，确认满足并列条件。检查变压器本体及附属设备状态良好，保护装置投入正确。最重要的一步是进行核相，确保待并变压器与运行母线相位一致。检查有载调压分接头位置，尽量调整至一致。

       

2. 并列操作过程

       通常采用“先同期后并列”的原则。对于有精确同期装置的变电站，可启用自动准同期装置进行并网。对于手动操作，操作人员需通过电压表、同期表等仪表，监视待并变压器与运行母线的电压差和相位差。当电压基本相等、相位差接近零时，迅速合上并列开关（通常是低压侧分段或联络断路器）。

       

3. 并列后的监视与调整

       并列成功后，立即监视各变压器的负荷分配情况。如果负荷分配严重不均，应在允许范围内调整有载调压分接头，或汇报调度调整系统运行方式。同时密切监视变压器声音、温度是否正常，以及有无异常振动。

       

六、 不同容量变压器并列运行的特殊考量

       在实际工程中，有时会遇到不同容量的变压器需要并列运行的情况。此时，除了满足前述基本条件外，要特别关注短路阻抗的匹配。为了使负荷按容量成比例分配，要求各变压器的短路阻抗百分比与其额定容量成反比关系，即容量大的变压器，其短路阻抗百分比应相对较小。如果无法满足这一理想匹配，则必须通过计算，确定在总负荷下，任一台变压器都不会过载，否则不宜长期并列运行，只能作为短时备用切换。

       

七、 有载调压变压器在并列运行中的应用

       装有有载调压分接开关的变压器为并列运行提供了极大的便利。通过在线调整分接头，可以实时微调变压器的变比，从而更精确地控制并联环流和优化负荷分配。现代智能变电站中，并列运行的有载调压变压器往往配备并联运行控制器，能够自动协调多台变压器的分接头动作，确保同步调压，避免因调压不同步而产生新的不平衡。

       

八、 变压器并列运行与电网规划的关系

       从电网规划层面看，变压器并列运行是构建坚强、灵活配电网的关键环节。在枢纽变电站和重要用户变电站，通常按“N-1”准则设计主变容量，即一台主变停运时，剩余主变应能承担全部负荷，这必然要求主变采用并列运行方式。规划时需要综合考虑负荷预测、短路电流水平、设备选型、保护配置和远期扩建空间，将并列运行作为一项系统性工程来设计。

       

九、 智能运维技术在并列运行管理中的发展

       随着物联网、大数据和人工智能技术的发展，变压器并列运行的运维正走向智能化。在线监测装置可以实时采集各并列变压器的电压、电流、功率、油温、振动等全维度数据。智能分析平台能够实时计算环流、评估负荷分配均衡度、预测潜在风险，并给出优化运行或预警建议，实现从“定期检修”到“状态检修”和“预测性维护”的转变，极大提升了并列运行系统的安全性与经济性。

       

       综上所述，变压器的并列运行是一项技术内涵丰富、实践要求严格的系统工程。它绝非简单的电气连接，而是建立在电压比、连接组别、短路阻抗和相序相位四大条件精确匹配基础上的精密协同。深入理解其原理，严格遵守其条件，周密应对其挑战，才能充分发挥其提升供电可靠性、增强运行经济性、优化资源配置的巨大优势。随着电力系统向更加可靠、高效、智能的方向演进，变压器并列运行技术仍将不断深化与发展，持续为保障社会电力动脉的稳定畅通提供坚实支撑。对于电力从业者而言，掌握这门技术，是确保电网安全、实现精益化运维的必备专业素养。