什么是变压器并联运行

变压器并联运行是指将两台或多台变压器的一次侧和二次侧分别连接至共同的电源母线与负载母线，旨在提升供电系统的总容量、可靠性与运行灵活性。这种运行方式要求各并联变压器满足特定的技术条件，如变比相等、联结组别相同、短路阻抗相近等，以实现负载的合理分配并避免环流。它广泛应用于需要扩容、保障重要负荷不间断供电或实现经济运行的大型变电站、数据中心及工业园区电网中。

       在现代电力系统中，电能的传输与分配是一个庞大而精密的工程。随着社会用电需求的持续增长和供电可靠性要求的日益提高，单一台变压器往往难以满足所有场景下的容量、冗余及经济运行需求。因此，将多台变压器通过电气连接组合起来协同工作，成为一种至关重要且普遍应用的解决方案。这便是变压器并联运行的核心概念。它并非简单地将设备物理摆放于一处，而是涉及深刻的电磁原理、严谨的技术条件与精细的运行控制策略。

       变压器并联运行的基本定义与核心价值

       变压器并联运行，具体而言，是指两台或多台变压器的一次绕组（高压侧）均连接到同一电压等级的电源母线，同时它们的二次绕组（低压侧）也共同连接到另一电压等级的负载母线。这样，这些变压器就如同“团队伙伴”，共同承担向负载供电的任务。其首要价值体现在扩容能力上。当负载增长超过单台变压器额定容量时，通过新增变压器并联接入，即可平滑提升系统总供电能力，避免了更换更大容量变压器可能带来的巨大投资与长时间停电。其次，它极大地增强了供电可靠性。在一台变压器因计划检修或突发故障退出运行时，其余并联变压器仍可继续供电，保障重要负荷不间断运行，这符合国家能源局《电力系统安全稳定导则》中关于N-1运行方式的要求。再者，并联运行可以实现经济运行。在负荷随昼夜或季节波动时，可以根据负载率灵活投切并联变压器数量，使运行中的变压器尽可能工作在高效区间，降低系统整体空载与负载损耗，达到节能降耗的目的。

       实现理想并联运行必须满足的三大技术条件

       要实现安全、稳定、高效的并联运行，避免设备损坏或电能质量恶化，并联的变压器必须满足一系列严格的技术条件。这些条件是并联运行的物理基础与前提保障。

       条件一：额定电压与变比必须相等

       这是最基本的要求。各并联变压器的一次侧额定电压和二次侧额定电压应相同，即变压器的变比（一次侧电压与二次侧电压之比）必须严格相等。如果变比存在差异，即使在没有负载的情况下，并联的二次绕组之间也会因为感应电动势不相等而产生电压差。这个电压差会在两台变压器的二次侧构成的闭合回路中，引起持续的循环电流（简称环流）。环流不流经负载，只在变压器绕组内部流通，不仅增加了变压器的铜损耗，导致设备发热、效率降低，严重时还会使变压器过载甚至烧毁。因此，在并联前，必须通过分接开关调整，确保各变压器运行在同一变比下。根据国家标准《电力变压器 第1部分：总则》（GB 1094.1-2013）中的规定，并联运行的变压器，其电压比偏差应控制在允许的极小范围内。

       条件二：联结组标号必须完全相同

       联结组标号（如Yyn0，Dyn11等）定义了变压器一、二次绕组绕向、连接方式（星形或三角形）以及由此决定的两侧电压之间的相位关系。并联变压器的联结组标号必须绝对一致。如果联结组不同，哪怕变比相等，二次侧线电压之间也会存在30度、60度甚至更大的相位差。这个相位差产生的电压差值远大于变比不等时产生的差值，由此引发的巨大环流将是灾难性的，足以在合闸瞬间损毁设备。因此，不同联结组别的变压器绝对禁止并联运行。在变电站设计阶段，就会为计划并联的变压器选定统一的联结组别。

       条件三：短路阻抗百分比应尽量接近

       短路阻抗（通常以其占额定阻抗的百分比表示，即短路阻抗电压百分比Uk%）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。在变比和联结组别都满足条件后，短路阻抗的匹配程度直接决定了并联变压器之间负载分配的合理性。根据并联电路的分流原理，负载电流在各变压器间的分配与其短路阻抗成反比。也就是说，短路阻抗小的变压器将承担更多的负载份额。如果并联变压器的短路阻抗相差过大，会导致阻抗小的变压器过载，而阻抗大的变压器欠载，无法实现容量的充分利用，过载的变压器也会加速老化。理想情况下，并联变压器的短路阻抗应相等。实际工程中，通常要求其短路阻抗值相差不超过10%，且容量大的变压器其短路阻抗值应略小一些，以利于其承担更多负载。这一要求在国家电网公司企业标准《变电站运行规程》中有明确体现。

       并联运行中的负载分配计算与环流分析

       理解负载如何分配以及环流如何产生，是掌握并联运行原理的关键。当两台满足变比和联结组条件的变压器并联，但短路阻抗分别为Uk1%和Uk2%，且容量分别为SN1和SN2时，它们各自承担的负载容量并非简单地按额定容量比例分配。精确计算表明，每台变压器承担的负载与其额定容量和短路阻抗的比值有关。工程师需要根据这些参数进行核算，确保在任何预期负载下，各变压器的负载率（实际负载与额定容量之比）都处于安全且经济的范围内。关于环流，即使在变比调整到名义相等后，由于制造公差、分接开关档位细微差异以及测量误差，仍可能存在微小的变比差。由此产生的环流通常被限制在较小数值，一般要求不超过任一台变压器额定电流的10%。通过定期检测和精细调整，可以将环流控制在允许范围内。

       不同容量变压器的并联运行策略

       在实际系统中，经常会遇到需要将不同额定容量的变压器进行并联的情况，例如在扩容改造项目中。此时，除了满足上述三个基本条件外，需要特别关注短路阻抗的匹配。通常要求容量相差不宜过大，一般建议不超过三比一。因为容量差异过大的变压器，其短路阻抗特性、冷却方式、乃至内部参数都可能存在显著不同，使得负载分配和环流控制变得困难。对于容量不同的变压器并联，其负载分配的计算更为复杂，需要以各自额定容量为基准的短路阻抗标幺值相等为理想目标进行选型配置。

       并联运行的接线方式与操作流程

       并联运行的典型电气主接线方式是在高压侧和低压侧均设置共同的母线，各变压器通过断路器、隔离开关等设备连接至母线。在操作上，投入一台变压器与已运行变压器并联（俗称“并车”）时，必须进行严格的同期检查。这包括使用电压表、相位表或专用的同期装置，来核实待并变压器与运行母线之间的电压大小相等、频率相同、相位一致。只有在满足这些同期条件时，才能闭合待并变压器的断路器，实现平滑并入，避免产生冲击电流。整个操作流程必须严格遵守《电力安全工作规程》中的倒闸操作规定。

       并联运行在提升供电可靠性方面的具体应用

       在数据中心、医院、轨道交通、大型化工企业等对供电连续性要求极高的场所，变压器并联运行是构建高可靠性配电网络的核心技术之一。常见的配置是采用两路独立电源进线，每路电源接一台变压器，两台变压器在低压侧并联运行。正常时，两台变压器各承担约50%的负载。当一路电源或一台变压器故障时，母联开关或备用电源自动投入装置（ATS）动作，由另一台健康的变压器短时间内承担全部重要负荷，实现不间断供电。这种运行模式是“N-1”安全准则的典型体现。

       并联运行带来的经济运行与节能效益

       变压器的损耗包括空载损耗（铁损）和负载损耗（铜损）。空载损耗基本固定，与负载大小无关；负载损耗则与负载电流的平方成正比。在负荷低谷时段，如果多台变压器并联运行，总空载损耗会成倍增加。此时，如果根据预设的负载阈值，自动或手动将部分变压器退出运行，让剩余变压器运行在较高负载率下，就可以显著降低系统的总空载损耗，从而提高整体运行效率。许多智能变电站已能根据实时负荷数据，自动执行并联变压器的投切策略，实现动态的经济运行。

       并联运行时需注意的异常情况与保护配置

       并联运行系统虽然可靠，但也存在特有的风险点。除了前述的环流过大，还需警惕负荷分配严重不均、某台变压器故障时产生的穿越性功率冲击等。因此，针对并联运行的变压器，其继电保护配置需要特别考虑。除了每台变压器自身配置的差动保护、瓦斯保护、过流保护等主保护和后备保护外，通常还会在并联母线上设置母线保护、零序保护等，并确保保护定值的配合具有选择性，能够快速、准确地隔离故障点，防止事故扩大。

       环流的监测、测量与控制技术

       环流是评估并联运行状态好坏的重要指标。运行人员需要定期在变压器二次侧的并联回路中（例如在母联开关的两侧）测量环流值。现代智能变电站通过安装高精度电流互感器和在线监测装置，可以实时监测各支路电流和环流大小。当监测到环流异常增大时，系统会发出预警，提示可能需要调整变压器的分接开关档位以修正变比偏差，或检查设备是否存在隐性缺陷。

       新旧变压器并联运行的特殊考量

       在变电站增容改造中，经常需要将新变压器与运行多年的旧变压器并联。此时面临挑战：新旧变压器的技术参数（尤其是短路阻抗和空载电流）可能因设计标准、制造工艺、材料老化程度不同而存在较大差异。并联前，必须对新变压器进行全面的型式试验和参数测量，并与旧变压器的历史数据进行详细比对和评估。必要时，可能需要为旧变压器加装外部电抗器来调整其等值阻抗，或通过严格的运行监控来限定其负载范围。

       干式变压器与油浸式变压器并联的可能性

       干式变压器与油浸式变压器因绝缘和冷却介质不同，其电气特性、过载能力、散热方式均有差异。原则上，只要它们能满足并联运行的三大基本技术条件（变比、联结组、短路阻抗匹配），理论上可以并联运行。但在实际应用中需格外谨慎。必须充分考虑两者在短路耐受能力、温度上升特性、对环境的要求等方面的差异，进行深入的仿真计算和风险评估。通常，这种混合并联仅在特定临时或过渡方案中考虑，长期固定运行并不推荐。

       智能电网背景下并联运行技术的发展趋势

       随着智能电网和能源互联网的建设，变压器并联运行技术正朝着更智能、更柔性的方向发展。基于物联网的在线监测系统可以实时采集每台变压器的电压、电流、温度、振动等多维数据。人工智能算法能够分析这些数据，预测负载变化趋势，并自动优化并联变压器的投切策略与经济运行方案。此外，在含有分布式电源的配电网中，具备双向功率调节能力的智能变压器（固态变压器）的并联运行，将成为实现潮流量灵活控制、电压主动支撑的关键技术，这代表了该领域未来的前沿方向。

       工程实践中的典型设计案例与分析

       以一个大型工业园区的110千伏/10千伏变电站为例。该站最终设计规模为三台50兆伏安变压器并联运行。设计阶段，三台变压器被指定为同一型号、同一厂家、相同技术参数，以确保并联条件最优。电气主接线采用单母线分段接线，正常运行时母线分段断路器断开，三台变压器分别带三段母线运行，当任一台变压器检修时，合上分段断路器，由另两台变压器承担全部负荷。设计计算书详细校核了在各种运行方式下（包括一台退出时）的负载分配、短路电流水平以及继电保护整定值，确保系统安全、可靠、灵活。这个案例充分体现了并联运行在容量、可靠性与灵活性上的综合优势。

       总结与展望

       变压器并联运行是一项经典而又不断发展的电力工程技术。它从基本的电磁感应原理出发，通过满足一系列严谨的技术条件，实现了“一加一大于二”的系统效能提升。无论是对于保障电网安全稳定运行，还是对于提高企业供电的经济性，它都发挥着不可替代的作用。随着新材料、新器件和数字技术的融合应用，变压器并联运行的性能将更加优异，控制将更加精准智能，继续为构建坚强、高效、绿色的现代电力系统提供坚实支撑。对于电力从业者而言，深入理解其原理，熟练掌握其条件，并关注其前沿发展，是做好系统规划、设计、运行与维护工作的基本功。