1000 kV特高压变压器调压原理及其仿真分析

冯 顺， 曲 欣， 王 毅， 焦海龙， 张军永， 封永才

(国网河南省电力公司检修公司, 河南 郑州 450006)

0 引言

1000 kV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，考虑其设备绝缘问题，其调压原理与500 kV常规自耦变压器有较大区别[1-3],因此特高压变压器调压原理的理解及其仿真分析具有重要意义。文献[4-6]介绍了特高压主变调压原理，但均未对其进行仿真建模分析。1000 kV特高压南阳站是我国特高压交流示范工程，站内运行1号、2号主变分别为西安西电(简称西电)和特变电工(简称特变)生产，2台主变分别使用目前常见的2种特高压主变调压方法。文中分析了2台主变的调压原理，并分别对其调压原理进行Simulink建模仿真对比分析，并根据仿真结果提出特高压建设建议。

1 特高压南阳站主变调压原理

1.1 主变结构特点

特高压南阳站变压器和常规500 kV变压器一样，由3个单相自耦变压器组成，每个单相自耦变压器都是由主体变压器(简称主体变)和调压补偿变压器(简称调补变)两部分组成，主体变和调补变之间通过铜母排连接。1号西电主变绕组连接如图1所示，2号特变主变绕组连接如图2所示。图中：HV为主体变公共绕组；MV为主体变串联绕组；LV为主体变低压绕组；BV为调补变调压励磁绕组；TV为调补变调压绕组；LE为调补变补偿励磁绕组；PV为调补变补偿绕组，其中BV和TV共铁心，PV和LE共铁心。从图1和图2可以看出1号、2号主变都采用中性点调压方式，因此调压时主磁通会发生变化，导致低压绕组电压发生变化，而调补变中LE和PV绕组的存在将会对低压侧电压进行负反馈调节使其电压输出稳定。

图1 1号西电主变绕组连接Fig.1 Winding connection diagram of No.1 XD transformer

图2 2号特变主变绕组连接Fig. 2 Winding connection diagram of No.2 TBEA transformer

绕组连接显示1号西电主变调补变调压励磁绕组BV励磁电源取自主体变低压绕组LV和调补变补偿绕组PV串联电压之和(即为低压侧电压)，通常称为完全补偿方式；2号特变主变调补变调压励磁绕组BV励磁电源取自主体变低压绕组LV电压，通常称为非完全补偿方式。

1.2 主变绕组电磁关系及调压原理

根据主变的结构特点[7-9]可知，1号西电主变绕组电磁关系矩阵方程为：

图3 1号西电主变仿真模型Fig.3 Themodel of No.1 XD transformer simulation

(1)

2号特电主变绕组电磁关系矩阵方程为：

(2)

根据2台主变绕组连接原理可知，2台主变中低压电压矩阵方程均为：

(3)

式(1—3)中：UH为已知量高压侧电压有效值；UM，UL分别为中，低压侧电压；NHV，NMV，NLV，NBV，NLE，NPV，NTV为1号、2号主变中各绕组自对应匝数；e1为主体变绕组每匝电动势；e2为调补变绕组BV，TV为绕组每匝电动势；e3为调补变绕组PV、LE绕组每匝电动势。

特高压南阳站1号西电主变、2号特变主变的各绕组匝数如表1所示，主变调节档位调节抽头和TV关系如表2所示。调补变调压绕组有9档调节。1号主变每级40匝调节，2号主变每级45匝调节，由式(1—3)及绕组匝数可得出中低压侧电压与调补变调压绕组不同档位之间关系[10-13]。

表1 1号和2号主变绕组匝数Tab.1 Number of turns of No.1 and No.2 transformer winding

表2 1号和2号主变调压档位Tab.2 Chart of No.1 and No.2 transformer tap position

图4 2号特变主变仿真模型Fig.4 Themodel of No.2 TBEA transformer simulation

2 特高压南阳站主变调压仿真分析

2.1 主变调压原理Simulink建模

由于Simulink中没有单独的特高压变压器模型，故采用powerlib模块中的Multi-Winding Transformer(多绕组变压器)变压器模型，主体变设置tapped winding(抽头绕组)为中压侧电压。调补变分别建立调压变压器和补偿变压器模型，其中调压变模型设置抽头绕组进行调压[14-17]。模型具体参数按表1、表2进行设置，建立的1号西电主变仿真模型，2号特变主变仿真模型分别如图3、图4所示。其中，RMS为交流电压有效值输出；VH为主变高压侧交流电压；VM为主变中压侧交流电压；VL为主变低压侧交流电压；VL1为主变低压侧补偿前交流电压；powergui采用离散设置。

2.2 主变调压原理仿真结果分析

按照表2调压档位对应调压抽头分别进行仿真，并输出低压侧补偿前电压进行分析，对仿真结果和主变铭牌中低压电压进行对比，1号西电主变、2号特变主变仿真及对比数据分别如表3、表4所示。从仿真结果来看，仿真数据和主变铭牌数据基本吻合，验证了Simulink仿真模型的正确性。从仿真数据我们看到1号、2号主变低压侧补偿前电压最大调压波动在10 kV左右，而补偿后电压波动基本控制在0.2 kV之内，补偿绕组效果明显。

表3 1号主变仿真数据Tab.3 The date of No.1 transformer simulation kV

表4 2号主变仿真数据Tab.4 The date of No.2 transformer simulation kV

对比1号西电主变、2号特电主变低压侧电压可知，1号西电主变在主变调压时低压侧电压更加稳定。对比1号和2号主变中压侧数据，发现同一调压档位时，中压侧电压有电压差，因此当1号、2号主变并联运行时，中压侧会产生电流环流。

3 结语

特高压南阳站1号和2号主变仿真数据和铭牌数据的基本吻合说明了仿真模型的正确性。数据显示2台主变同一调压档位时中压侧电压有偏差，且1号主变调压时低压侧电压更加稳定，因此建议特高压建设时同一变电站使用同一调压原理的变压器以防止中压侧环流，建议使用低压侧电压更加稳定的完全补偿方式原理的特高压主变。

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