特高壓變壓器調壓補償方法對比分析（電力）

                   趙宏飛¹，陳曉貴¹，張郭晶¹，馬宏忠²，王鵬飛¹

（1．江蘇省電力公司檢修分公司揚州分部，江蘇揚州  225000;2．河海大學能源與電氣學院，江蘇南京  211100）

摘要：目前特高壓變壓器采用中性點變磁通的調壓模式，雖然采用中性點調壓方式會造成低壓側電壓的變化，但通過補償繞組及電壓負反饋同路的選擇，可以很好地滿足調壓要求。為比較目前2種常用調壓補償方式變壓器的運行特點，首先對特高壓變壓器常用的2種調壓補償原理進行了介紹，分別給出了2種采用不同補償方法變壓器各個繞組的電磁關系，并對2種調壓補償方式變壓器電壓調節的差別進行了分析比較。結果表明，采川完全補償方式時，低壓側電壓波動比采用非完全補償方式時要小，調壓效果較好。

關鍵詞：特高壓變壓器；調壓補償方式；中性點；完全補償；非完全補償

中圖分類號：TM403     DOI: 10.11930/j.issn．1004-9649.2016.04.093.04

0引言

    特高壓變壓器作為特高壓輸電工程的關鍵設備，所涉及的相關技術問題比低電壓等級的變壓器要復雜得多。目前1 000 kV電壓等級的變壓器調壓方式主要為中性點無勵磁變磁通調壓。雖然采用中性點調壓方式會造成低壓側電壓的變化．但通過補償繞組及電壓負反饋回路的選擇．可以很好地滿足調壓要求。雖然對2種調壓方式的變壓器有所比較，但未對變壓器的大部分電氣量參數進行數值比較。本文首先對特高壓變壓器調壓補償問題進行分析說明．介紹了完全補償方式和非完全補償方式的區別。同時給出了2種采用不同補償方法變壓器各個繞組的電磁關系，并通過計算分析比較2種調壓補償方式的調節效果。

1  特高壓變壓器結構特點

1.1  單相分體結構

    由于特高壓變壓器容量很大且絕緣水平要求很高，導致變壓器的重量和體積必然很大，變壓器廠在設計和制造時．就應考慮安裝和運輸問題。白耦變壓器與相同容量、相同電壓等級的三繞組變壓器相比，其優點是材料省、損耗少、重量輕、尺寸小、成本低且便于安裝和運輸。因此，特高壓變壓器主要采用單相自耦變壓器。

    常用的白耦變壓器一般是一體式的結構．而特高壓變壓器采用主體變壓器和淵壓補償變壓器分箱布置的結構．主體變壓器和調壓補償變壓器在外部通過母線進行連接。采用這種結構，一方面是為了簡化主體變壓器的結構．提高主體變壓器工作運行的安全性：另一方面，當需要將變壓器從無勵磁調壓改造為有載調壓時．可僅對調壓補償變壓器進行改造．而主體變壓器在改造過程中可單獨繼續工作．提高了主體變壓器運行的可靠性以及改造的靈活性。而且這種分開布置更有利于變壓器可靠的安裝和運輸。

1.2  中性點無勵磁調壓方式

    變壓器按照調壓方式不同．可分為有載調壓和無載（無勵磁）調壓。使用有載調壓方式大大增加了變壓器結構的復雜性以及設備制造價格，而且降低了變壓器運行的可靠性。一般情況下，系統的電壓等級越高，電網的電壓波動就越小。由于地區供電的電壓質量可以依靠無功調節．并且有下級電網的有載調壓變壓器作為保障，特高壓變壓器不用經常進行調壓．只要適應季節性運行方式和周期性停電檢修的調整需要．采用無載調壓的方式完全能夠勝任。從可靠性、合理性、經濟性和系統運行方式考慮．特高壓變壓器采用無勵磁調壓方式更加合理。

    白耦變壓器的調壓方式可分為在線端和在巾性點進行調壓。線端調壓是指在變壓器巾壓側的線端進行調壓。特高壓變壓器的中壓為500 kV電壓等級，若采用在500 kV線端進行調壓的方式，調壓開關與調壓繞組都會受到較高電場的作用，對絕緣水平要求很高，而且絕緣結構復雜。因此，現階段工程中特高壓變壓器主要采用中性點無勵磁調壓方式。

1.3補償及勵磁方式

    由于中性點調壓是變磁通調壓，當調壓變的分接開關在不同檔位時，不僅中壓繞組線端的電壓、電流會變化，而且低壓繞組的電壓、電流也會改變。另外，在不同分接位置時，變壓器的阻抗電壓也會發生變化。為降低主體變壓器低壓側電壓變化程度，保證主體變壓器運行的穩定性，需要對低壓側電壓進行補償。因此，會在調壓變壓器中專設一個補償變壓器。

    特高壓變壓器的中壓側線端是500 kV電壓等級的絕緣水平，若補償變壓器采用中壓勵磁，調壓補償變壓器的絕緣水平也需為500 kV級水平。這會造成調壓補償變壓器的成本升高、可靠性變差。因此，為降低成本、提高可靠性，調壓變壓器的勵磁方式選擇低壓勵磁。

2特高壓變壓器調壓補償原理

    特高壓變壓器采用的中性點調壓方式會造成其他相關電壓和主磁通的變化，因此也叫變磁通調壓。若調整分接開關位置，變壓器j側繞組的電壓都要發生變化，有可能導致低壓側電壓變化過大而無法使用（電壓過大超過設備絕緣水平或電壓過低設備無法正常T作）。為了有效控制這種變化，確保低壓側輸出電壓保持恒定，在調壓補償變壓器中設置有LE和LT繞組，用于補償低壓側電壓的變化。

    調壓變壓器的勵磁電源有完全補償和非完全補償2種方式。完全補償是指調壓勵磁電源取自低壓繞組和補償繞組的串聯之和（電壓疊加）即為低壓側電壓（低壓繞組電壓和低壓側電壓不同）；非完全補償是指調壓勵磁電源取白本體變壓器低壓繞組電壓。2種不同調壓補償方式的變壓器繞組接線如圖1所示。圖1中：SV為串聯繞組；CV為公共繞組：LV為低壓繞組；EV為調壓勵磁繞組：TV為調壓繞組；LE為補償勵磁繞組；LT為補償繞組。

3 2種補償方式變壓器對比分析

3.1  2種變壓器電磁耦合矩陣方程

    非完全補償方式和完全補償方式的電磁耦合關系矩陣方程分別為

LV)、調壓變(包括EV和TV)以及補償變(包括LE和LT)繞組中每匝的電勢；U _h為高壓側系統電壓．為已知量，其值為1050 kV（一般情況下系統的電壓等級越高，電網的電壓波動就越?。?。

利用上述電磁耦合關系矩陣方程分別可求出2種變壓器各繞組匝數如表1所示，其中調壓繞組TV有9個分接．1到9分接等差遞減。

式中：f為系統頻率，其值為50 Hz。

3.2 2種變壓器調壓對比分析

    由于2種變壓器調壓勵磁電壓抽取不同，分析2種變壓器并列運行特別是當中壓側電壓波動時，調節分接開關后的輸出電壓是否相同，對變壓器和電網安全穩定運行有重要意義。

    高壓側電壓恒定為1 050 kV,當調節分接開關使分接頭分別位于9種分接位置時．2種方式連接的變壓器的電勢、電壓、磁通計算結果分別如表2、表3所示。從表2和表3可以看出，當調節調壓變的分接開關在同一分接位置時．2種變壓器巾、低壓側輸出電壓波動很小，且基本保持一致。因此，當高壓側電壓波動較大時，2種變壓器并列運行．就不會產生較大的環流。

    為分析2種補償方式下補償的效果．即比較2種變壓器在不同分接頭位置時，主體變低壓側

    由式(5)分別計算低壓側電壓和調壓變磁通的變化率和，統計結果如表4所示。

    從表4可以看出：(1)采用非完全補償方式時調變為變磁通調壓，而采用完全補償方式時調變基本為恒磁通調壓。(2)在通過調節分接開關位置來調節中壓側電壓時，變壓器2（完全補償方式）比變壓器1（非完全補償方式）低壓側電壓波動要小。

4結語

    特高壓自耦變壓器采用中性點無勵磁調壓方式具有一定的優越性，調壓開關承受的電壓不會很高．通過的電流不是很大。獨立設置調壓補償變壓器既簡化了主體變的結構，提高了安全性，又可以在需要將無載調壓改造為有載調壓時，主體變可以繼續運行。對于由變磁通引起的110 kV低壓側電壓的波動變化，設置了補償變壓器進行調壓補償。

    對2種調壓補償方式的分析表明，在調節分接開關時，采用完全補償方式的變壓器的勵磁線圈的匝數相對較多，抗沖擊性能也更好而且低壓側電壓波動較小，因此，特高壓變壓器采用完全補償方式更為合理。