特高压变压器调压方式分析

邢 超,赵 军,王丽丽,周中锋,古海峰,朱思旭

特高压变压器调压方式分析

邢 超,赵 军,王丽丽,周中锋,古海峰,朱思旭

(国网河北省电力公司电力科学研究院,石家庄 050021)

介绍特高压变压器的结构,分析特高压变压器各个绕组的电磁关系,通过对特高压变压器不同分接下铁心磁通、各侧电压进行计算分析,证明加入补偿绕组后可有效降低低压绕组的电压波动。

特高压;磁通;补偿绕组;波动

能源分布与负荷中心的不一致造成我国电网西电东送、南北互供的供电格局。特高压变压器在远距离、大容量输电工程中发挥着重要作用。由于特高压变压器电压等级高、尺寸大运输困难,为了解决运输难题,制造单位将特高压变压器分为主体变压器和调补变压器两部分分体布置。特高压变压器调压绕组置于调补变压器油箱内,其调压方式与普通变压器有所不同,以下对特高压变压器调压方式进行探讨,以期为特高压变压器运行维护提供帮助。

1 特高压变压器的结构

电网系统电压等级的提高对特高压变压器绝缘提出了更高要求。容量大和绝缘水平高的特点致使特高压变压器体积大、质量重,因此,变电站内一般布置3台单相变压器,另备1台单相备用变压器,一旦某相变压器发生故障,可在短时间内将变压器换上,恢复供电[1]。采用调补变压器与主体变压器分体结构有2个优点:一是分开运输,降低运输难度;二是在调压部分出现故障时,将两者分离,不影响主体变运行,从而保证变压器运行可靠、维护方便[2]。由于自耦变压器和同容量、同电压等级的普通变压器相比具有省材料、损耗少、重量轻、体积小等优点,因此特高压变压器采用自耦方式比较合理。

通过以上分析可知,特高压变压器采用单相、分体、自耦结构有利于降低运输难度、减小自身体积、提高电网运行可靠性。

2 特高压变压器调压方式及调压位置分析

2.1 调压方式分析

变压器调压方式分为无载调压和有载调压2种方式。无载调压方式由于切换档位时必须使变压器停电,因此结构比较简单。有载调压方式由于带负荷切换档位,涉及到绝缘、限流等问题,其结构比较复杂,造价较高。国内外统计资料表明[3],有载调压开关故障在变压器所有故障中所占比例较高,有载调压变压器的故障率为无载调压变压器的4倍,而有载调压装置自身的故障约占40%。有载调压开关自身问题较多,例如操纵机构、控制回路、灭弧、触头磨损等,并且有载调压开关的使用还会带来诸如损耗增加、漏磁偏大等一系列问题[4]。因此在电网工程中是否选用有载调压开关应通过系统论证,在其他调压手段能满足要求的条件下应尽可能选用无载调压。国外超高压电网中,美国、法国采用无载调压,英国、意大利、瑞典采用无分接变压器,日本、德国采用有载调压。

2.2 调压位置分析

自耦变压器的调压方式按调压绕组的位置可以分为线端调压和中性点调压。线端调压通常为中压侧,调压时绕组每匝电压不变,不会引起铁心磁通改变,因此这种方式称为恒磁通调压。此种方式下进行电压调整,低压侧电压不受或少受影响。变压器中压侧额定电流大、引线粗,采用线端调压时,大量引线的绝缘处理难度大,高场强区域范围较大,因而中压侧线端往往成为变压器绝缘的薄弱点。而中性点调压的最大优点是调压绕组和调压装置的电压低、绝缘要求低、制造工艺易实现、整体造价低。

3 特高压变压器调压时铁心磁通及低压电压分析

我国特高压变压器采用中性点无载调压方式。特高压变压器调压原理如图1所示,其中SV、CV、TV、LV、EV、LE、LT分别为串联绕组、公共绕组、调压绕组、低压绕组、调压励磁绕组、补偿励磁绕组、补偿绕组。主体变压器占用一个油箱,调压变压器和补偿变压器共用一个油箱。

图1 特高压变压器调压原理

中性点调压方式下,因系统电压变化调整分接位置时,三侧电压均要随之变化,低压侧电压有可能波动过大无法使用。为确保低压电压恒定,在调压变压器中设置了补偿绕组,用于避免低压电压出现较大波动。根据电磁耦合关系及电路结构可得下列公式。

式中:e1、e2、e3分别为SV、TV、LT中每匝电势; Φ1、Φ2、Φ3分别为SV、TV、LT中磁通量;Uh、Um、Ul分别为高、中、低压侧电压。

以某变压器厂出产的1台1 000 k V特高压变压器为例,各绕组匝数分别为:NSV,854;NCV, 854;NTV,±45×4;NLV,310;NEV,649;NLE,460;假设高压侧电压恒定为将以上参数带入公式(1)、(2),所得结果如表1所示,其中Ul为低压侧加入补偿绕组时的电压,U10为低压侧未加入补偿绕组时的电压。分接改变时各铁心磁通变化情况如图2所示。分接改变时低压电压变化情况如图3所示。

表1不同分接下匝电压及各侧电压

从表1可以看出,中性点调压时,如果改变分接位置,低压电压也会随之改变。

图2 不同分接下各铁心磁通变化情况

从图2可以看出,中性点调压方式下改变分接位置时,主体变压器、调压变压器、补偿变压器的铁心磁通均会发生不同程度变化,补偿变压器磁通变化较主体变压器和调压变压器要更大一些。

图3 不同分接下低压绕组电压变化情况

从图3可以看出,在未加补偿绕组时,如果改变分接位置低压侧电压变动较大,变动值最大达11.11 k V。加入补偿绕组后改变分接位置低压电压波动较小,变动值最大仅0.34 k V。由于低压补偿绕组的负反馈作用使得低压绕组保持相对稳定。当中压侧调压范围为±5%时,低压侧电压变动范围不超过0.18%。

4 结论

a.综合考虑体积、重量、运输及运行可靠性等条件,特高压变压器采用中性点无载调压、主体变压器与调补变压器分离形式成为必然。

b.低压绕组加入补偿绕组后,由于补偿绕组的负反馈作用,可使低压绕组电压的波动变小,有利于电网设备的安全稳定运行。

[1] 原敏宏,李忠全,田 庆.特高压变压器调压方式分析[J].水电能源科学,2008,26(4):172174.

[2] 车 薪,郭天啸.特高压晋东南变电站调压补偿变压器运行分析[J].电力建设,2009,30(10):2325.

[3] 江 伟,罗 毅,涂光瑜.基于多类支持向量机的变压器故障诊断模型[J].水电能源科学,2007,25(1):5255.

[4] 顾志飞,尹项根,张 哲,等.大型高压变压器通用微机保护装置的研制[J].水电能源科学,2007,25(2):99 102.

本文责任编辑:秦明娟

Analysis of Voltage Regulating Method for UHV Transformer

Xing Chao,Zhao Jun,Wang Lili,Zhou Zhongfeng,Gu Haifeng,Zhu Sixu
(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

The structure of UH V transformer is introduced.The electromagnetic relation between windings is analyzed.The magnetic flow in the core and the voltage in each side are also analyzed.It is approved by calculation that the voltage fluctuation of low voltage winding can be reduced when compensation winding is put into.

UH V;flow;compensation winding;fluctuation

TM411

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邢 超(1985-),男,工程师,主要从事无功电压、电气设备试验及故障诊断工作。