Короткозамыкание импеданса трансформатора, также известное как напряжение импеданса, определяется в трансформаторной промышленности следующим образом: когда вторичная обмотка трансформатора замкнута (в стационарном состоянии), напряжение, приложенное к первичной обмотке при протекании номинального тока, называется напряжением импеданса Uz. Обычно Uz выражается в процентах от номинального напряжения, т.е. uz=(Uz/U1n)*100%.

Когда трансформатор работает на полной нагрузке, уровень короткозамыкания импеданса оказывает определенное влияние на выходное напряжение на вторичной стороне. Небольшой короткозамыкание импеданса приводит к небольшому падению напряжения, в то время как большое короткозамыкание импеданса приводит к большому падению напряжения. Когда происходит короткое замыкание в нагрузке трансформатора, небольшое короткозамыкание импеданса приводит к большому короткозамыканию тока, и электромагнитная сила, воспринимаемая трансформатором, велика. Напротив, большое короткозамыкание импеданса приводит к небольшому короткозамыканию тока, и электромагнитная сила, воспринимаемая трансформатором, мала.

(1) Параллельная работа трансформаторов с разными коэффициентами напряжения:

Поскольку принципы трехфазных и однофазных трансформаторов одинаковы, для удобства анализа мы будем рассматривать параллельную работу двух однофазных трансформаторов. Поскольку первичные напряжения двух трансформаторов равны, но коэффициенты напряжения различаются, индуцированные потенциалы во вторичных обмотках также не равны, что приводит к разности потенциалов △E. Под воздействием △E в вторичной обмотке возникает циркулирующий ток IC. Когда номинальные мощности двух трансформаторов равны, т.е. SNI=SNII, циркулирующий ток равен:

IC=△E/(ZdI＋ZdII)

Где ZdI представляет собой внутренний импеданс первого трансформатора.

ZdII представляет собой внутренний импеданс второго трансформатора.

Если Zd выражается как напряжение импеданса UZK, то

Zd=UZK*UN/100IN

Где UN представляет собой номинальное напряжение (В), IN представляет собой номинальный ток (А).

Когда номинальные мощности двух трансформаторов не равны, т.е. SNI≠SNII, циркулирующий ток IC равен:

IC=á＊II/[UZKI＋(UZKII/â)]

Где: UZKI представляет собой напряжение импеданса первого трансформатора.

UZKII представляет собой напряжение импеданса второго трансформатора.

INI＜INII

á представляет собой разницу вторичного напряжения, выраженную в процентах.

II - это ток нагрузки вторичной стороны трансформатора I.

Из приведенного выше анализа видно, что в условиях нагрузки, из-за наличия циркулирующего тока Ic, ток в обмотке трансформатора с меньшим коэффициентом напряжения увеличивается, в то время как ток в обмотке трансформатора с большим коэффициентом напряжения уменьшается. Это приводит к тому, что параллельная работа трансформаторов не делит нагрузку пропорционально их мощностям. Например, если общий ток нагрузки шины равен I (I=INI＋INII), если трансформатор I работает на полной нагрузке, то трансформатор II недогружен; если трансформатор II работает на полной нагрузке, то трансформатор I перегружен. Таким образом, когда трансформаторы с неравными коэффициентами напряжения работают параллельно, наличие циркулирующего тока Ic мешает трансформаторам нести полную нагрузку, что приводит к тому, что общая мощность не используется полностью.

Более того, поскольку циркулирующий ток трансформатора не является током нагрузки, он занимает мощность трансформатора, тем самым снижая выходную мощность и увеличивая потери. Когда коэффициенты напряжения значительно различаются, это может нарушить нормальную работу трансформатора и даже привести к его повреждению. Чтобы избежать чрезмерного циркулирующего тока Ic из-за большого различия в коэффициентах напряжения, влияющего на нормальную работу параллельных трансформаторов, установлено, что разница в коэффициентах напряжения не должна превышать 0,5%.

(2) Параллельная работа трансформаторов с неравными напряжениями импеданса:

Поскольку распределение нагрузки между трансформаторами пропорционально их номинальным мощностям и обратно пропорционально напряжениям импеданса. Другими словами, когда трансформаторы работают параллельно, если напряжения импеданса различаются, их нагрузки не распределяются пропорционально их номинальным мощностям. Ток, переносимый параллельными трансформаторами, обратно пропорционален напряжениям импеданса, т.е. II/III=UZKII/UZKI или UZKIIII=UZKIIIII. Пусть два трансформатора работают параллельно с мощностями SNI и SNII, и напряжениями импеданса UZI и UZII, тогда нагрузки каждого трансформатора можно рассчитать с помощью следующих формул:

SI=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]＊(SNI/UZKI)

SII=[(SNI+SNII)/(SNI/UZKI+SNII/UZKII)]＊(SNII/UZKII)

То есть S△I/SII=(SNI＊UZKII)/(SNII＊UZKI)

Из приведенного выше анализа видно, что когда два трансформатора с неравными напряжениями импеданса работают параллельно, трансформатор с большим напряжением импеданса имеет меньшее распределение нагрузки. Когда этот трансформатор работает на полной нагрузке, другой трансформатор с меньшим напряжением импеданса будет перегружен. Долговременная работа трансформаторов на перегрузке не допускается; поэтому только трансформатор с большим напряжением импеданса может работать недогруженным, что ограничивает общую выходную мощность, увеличивает потери энергии и не может обеспечить экономичную работу трансформатора. Поэтому, чтобы избежать серьезного дисбаланса распределения тока нагрузки из-за чрезмерных различий в напряжениях импеданса, что влияет на полное использование мощности трансформатора, установлено, что разница в напряжениях импеданса не должна превышать 10%.

(3) Параллельная работа трансформаторов с разными группами соединений:

Группа соединений трансформатора отражает соответствие между высоковольтными и низковольтными напряжениями, обычно обозначаемое с помощью часового обозначения. Когда параллельные трансформаторы имеют равные коэффициенты напряжения и равные напряжения импеданса, но разные группы соединений, это означает, что существует разница угла фазы á и разница напряжения △U во вторичных напряжениях двух трансформаторов. Под воздействием разницы напряжения возникает циркулирующий ток Ic:

Ic=△E/(ZdI+ZdII)

Если угол á представляет собой угол между линейными напряжениями трансформаторов с разными группами обмоток, и Zd выражается как UZK, циркулирующий ток можно выразить следующим образом:

Ic=2U1sin(á/2)/(ZdI+ZdII)=200sin(á/2)/[UZK1/In1+UZK2/In2]

Если In1=In2=In, UZK1=UZK2=UZK, тогда вышеуказанная формула становится

Ic=100sin(á/2)/UZK

Где In и UZK могут быть любым номинальным током и напряжением импеданса трансформатора.

Предполагая, что два трансформатора имеют одинаковые коэффициенты трансформации и равные напряжения на сопротивлениях, с их соединительными группами Y/Y0-12 и Y/△-11 соответственно, можно сделать вывод из соединительных групп, что когда á = 360° - 330° = 30°, UZK% = (5～6)% Ic = 100sin(á/2)/UZK приводит к IC = (4～5)In, что означает, что циркулирующий ток составляет 4-5 раз больше номинального тока во время анализа циркулирующего тока. Можно заметить, что когда два трансформатора с разными соединительными группами работают параллельно, циркулирующий ток иногда может быть сопоставим с номинальным током, но их дифференциальная защита и защита от мгновенного тока не могут сработать для отключения, и когда защита от перегрузки не может сработать вовремя для отключения, это может привести к перегреву обмоток трансформатора и даже к их сгоранию.

Из приведенного выше анализа видно, что если напряженческие коэффициенты (коэффициенты трансформации) не одинаковы, параллельная работа двух трансформаторов будет генерировать циркулирующие токи, влияя на выход трансформаторов. Если процентные импедансы не равны, нагрузка, которую несут трансформаторы, не может быть пропорционально распределена в соответствии с мощностью трансформаторов; трансформатор с меньшим импедансом несет большую нагрузку, в то время как трансформатор с большим импедансом несет меньшую нагрузку, что также влияет на выход трансформаторов. Параллельная работа трансформаторов часто сталкивается с ситуациями, когда напряженческие коэффициенты (коэффициенты трансформации) и процентные импедансы не полностью одинаковы. Метод изменения соединений отводов трансформатора может быть использован для регулировки значений импеданса трансформаторов. Если третье условие не выполнено, это приведет к циркулирующим токам, эквивалентным короткому замыканию, что потенциально может привести к сгоранию трансформатора; следовательно, трансформаторы с разными соединительными группами не могут работать параллельно. Обычно, если необходимо работать трансформаторами с разными соединительными группами параллельно, следует применять методы, такие как обмен названиями каждой фазы и смена начальных и конечных точек в соответствии с различиями в соединительных группах, чтобы соединения трансформаторов могли быть одинаковыми для параллельной работы.

Согласно операционному опыту, соотношение мощностей двух трансформаторов в параллели не должно превышать 3:1. Это связано с тем, что трансформаторы с разными мощностями имеют относительно большие значения импеданса, что приводит к крайне несбалансированному распределению нагрузки; в то же время, с операционной точки зрения, когда режим работы меняется, во время обслуживания или в случае отключения электроэнергии, трансформатор с меньшей мощностью не будет служить резервом.