1000kV特高压变压器结构及调压补偿原理

1000kV特高压变压器结构及调压补偿原理

宋俊国

（国网山西省电力公司晋城供电公司山西晋城048000）

摘要：1000kV特高压变压器是完成国家“三纵三横”特高压输变电建设工程的重要设备，具有电压等级高、传输容量大、绕组多、运输不方便等特点，往往采用中性点分体结构调压方式。特高压变压器低压侧常常伴随有大量的无功补偿设备，电力系统电压波动使得低压侧无功功率的调控变得异常复杂。因此，特高压变压器需要增加调压补偿变压器来配合主体变压器实现对电压的调节与补偿。本文主要分析了1000kV特高压变压器结构及调压补偿原理。

关键词：1000kV；特高压；变压器；调压补偿；原理

特高压变压器主要包括发电机升压变、降压变和联络变。近年来，随着国家特高压交流工程的实施，将很大程度上提升国内的高压电力设备制造水平。特高压变压器作为特高压关键设备，为提高其可靠性，国内外已做了大量的研究工作，比如优化结构，改进工艺等。就电压调整来说，已取得了显著发展成就。但特高压作为国内新的高一级电压等级，变压器调压所涉及到的问题要比低电压等级的变压器复杂。笔者结合实际经验，探讨了调压补偿变压器的调压方式及其调压补偿变压器的差动保护策略。

1特高压变电站变压器结构分析

1000kV特高压变压器采用分体结构，变压器分为本体变和调压补偿变压器两部分。特高压变压器容量大、电压高、绕组多、绝缘水平高，导致变压器质量和体积都很大。如果将调压与补偿绕组也放入变压器本体，那么变压器结构将变得非常复杂，绝缘处理也将更加困难，质量和体积过大会成为运输的重要难题。采用分体结构是为了保证在调压补偿变压器发生故障的情况下，变压器本体仍然可以单独运行，主体与调压补偿变压器利用架空分裂导线连接，并在主体上架设支撑绝缘子进行过渡。在调压变压器退出运行时，直接将线路导线接在相应的绝缘子上，即可实现变压器的单独运行。

与传统变压器的形式相比，由于特高压变压器需要工作在较高电压环境下，所以使得其结构存在一些特殊性。其中，调压方式对于特高压变压器而言，其通常采用中性点的变磁通方式，并且为了限制电网低压波动现象的发生，其需要设置补偿绕组来辅助调压工作的进行。此外，特高压变压器具有独立的调压方式，例如:采用分箱的方式来对变压器主体进行布置。

目前，单相自耦式三相绕组特高压变压器在我国特高压电网中较为常用。其中，为了提升特高压变压器的工作效率，其电压调整方式通常设计为中性点形式。在调压过程中，如果开关位置出现变化，则低压也会随之进行调整与改变，并且会在低压状态下出现程度较大的波动。因此，为了对电压进行相应的补偿，需要在特高压变压器中设置补偿绕组。在低压绕组当中，电压补偿绕组通常以串联的形式进行设计，以便有效地完成低压限制的工作。

补偿部分以及调压部分是自耦变压器主要的设计思路，并且需要将上述两个部分进行分别的设置，同时分开设置主体变压器以及调压补偿变压器。此外，并联多柱应为自耦特高压变压器主要的结构设计形式，这是设计过程中需要特别注意的地方，以便提升变压器的运输效率，从而使其更加满足我国电力系统发展的特点，对于提升特高压变压器的工作性能大有帮助。

2调压补偿变压器的调压方式分析

特高压自耦变压器可有效将调压补偿变压器直接从主体变压器当中分离而出，这主要是因为其便于运输，同时还能够有效保障其主变运行的可靠性，及真正维护起来的便捷性。即便是在调压的过程中产生相应的问题，也可由此促使其和主变主体的部分相分离，并不会对主变运行造成影响。

而调压补偿变压器的调压方式主要划分为无励磁调压和有载调压这两种，其中有载调压的方式其内部的变压器构造相对复杂化，因此所需要的造价也明显偏高。在一些国外的超高压变电站当中，普遍采用的都是变压器无励磁调压方式，不过也有一些国家采用的是无分接头变压器，比如英国、意大利以及瑞典等国家，真正采用有载调压方法的只有德国和日本这两个国家。根据多数国内外资料的统计发现，有载调压开关的故障在变压器的故障当中占据较大的比例值，甚至有的有载调压装置其开关故障发生率直接高达无励磁调压装置故障发生率的4倍左右。所以就必须从其可靠性和经济性等方面来进行充分考虑，由此得出特高压变压器真正适合采取无励磁调压的方式。

另外，特高压变压器更多的都是采取中性点调压的方式来进行，这种调压方式本身的优点非常明显，具体表现在调压绕组和调压装置等方面，因此对其绝缘的要求相对较大，在工艺制造上较为简单，整体上的造价都非常低。尽管中性点调压方式会产生激磁和第3绕组的电压偏移情况，但是因为特高压变压器当中应用了电压负反馈回路，所以和调压绕组同柱的励磁绕组实现了电压补偿，其在电调压的过程当中，并不会受到低压侧电压的直接影响。即便是在实际的运行当中，调压测电压本身的调节幅度也不会超过5%以上，所以能够充分有效地保障其低压侧电压变化处于1%以下。

3调压补偿变压器的差动保护

3.1差动保护配置分析

具体指为调压变和补偿变分别配置相应的差动保护，其电流互感器均可采用双重化配置。由于调压补偿变两者绕组线圈的匝数占据总匝数的比例值相对较小，可直接开展特高压变压器调压变的试验即可证明。调压变产生时，将引发严重匝间故障，而当变压器主体差动保护感受到差流幅值时，即远远超过了差动保护的起动定值。而当调压变短路匝开始持续下降后，其变压器的主体差动保护将不会起动。所以，要求其应当在具备主体保护的基础之上，增加调压补偿变的差动保护配置，这样才能真正有效得提升调压变和补偿变产生故障时的灵敏度。不过，为调压补偿变配置差动保护主要是希望能够提升出现故障时的灵敏度，因此不需要配置相应的差动速断保护。

3.2差动保护原理分析

特高压变压器一般都是采用中性点无励磁正反调压的方式。其调压的方式总共可设置出9档的数值，将其额定档位设定为5档，即1至4档位正档，6-9档为负档。其将随着调压正负档为相互间的切换，而导致其所流通的一次电流也将随之发生明显的改变。当调压装置本身处在不同的档位时，其调压补偿变的各个绕组参数也由此随之改变，像调压变调压绕组、调压变励磁绕组以及补偿变低压励磁绕组和低压补偿绕组等在每个档位当中的额定电流都将呈现出明显的差异性。而当调压装置出现两个不相同的档位时，其调压变和补偿变的绕组参数也将随之发生变化。所以，调压变和补偿变差动保护装置在1至9档之间均具备1套定值，其在实际的运用当中，应当充分结合调压装置的档位来选择相应定值。

此外，当调压装置处在1至4档时，相应的调压绕组档中的电流方向即可为正，而当调压装置处在6-9档时，则调压绕组当中的电流方向为负，其将紧随着调压装置的正负档位进行切换。如果在此时不改变电流的极性，其主变运行将在6-9档段位直接引发差动保护误动装置。

4结语

由此可见，将调压补偿变压器单独设计在特高压变压器之外，不仅可以将电压进行精准的反馈，来确保低压侧电压保持恒定状态，而且可以极大地提升变压器工作的稳定性。此外，挡位的调节需要根据主变压器实际工作情况来进行控制，并科学合理地优化挡位参数，对二次接线进行优化设计。最后，将差动保护配置在调压补偿变压器当中，可以使得特高压变压器的运行效果大为提升。

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