特高壓變壓器調壓方式分析

邢 超,趙 軍,王麗麗,周中鋒,古海峰,朱思旭

特高壓變壓器調壓方式分析

邢 超,趙 軍,王麗麗,周中鋒,古海峰,朱思旭

(國網河北省電力公司電力科學研究院,石家莊 050021)

介紹特高壓變壓器的結構,分析特高壓變壓器各個繞組的電磁關系,通過對特高壓變壓器不同分接下鐵心磁通、各側電壓進行計算分析,證明加入補償繞組后可有效降低低壓繞組的電壓波動。

特高壓;磁通;補償繞組;波動

能源分布與負荷中心的不一致造成我國電網西電東送、南北互供的供電格局。特高壓變壓器在遠距離、大容量輸電工程中發揮著重要作用。由于特高壓變壓器電壓等級高、尺寸大運輸困難,為了解決運輸難題,制造單位將特高壓變壓器分為主體變壓器和調補變壓器兩部分分體布置。特高壓變壓器調壓繞組置于調補變壓器油箱內,其調壓方式與普通變壓器有所不同,以下對特高壓變壓器調壓方式進行探討,以期為特高壓變壓器運行維護提供幫助。

1 特高壓變壓器的結構

電網系統電壓等級的提高對特高壓變壓器絕緣提出了更高要求。容量大和絕緣水平高的特點致使特高壓變壓器體積大、質量重,因此,變電站內一般布置3臺單相變壓器,另備1臺單相備用變壓器,一旦某相變壓器發生故障,可在短時間內將變壓器換上,恢復供電[1]。采用調補變壓器與主體變壓器分體結構有2個優點:一是分開運輸,降低運輸難度;二是在調壓部分出現故障時,將兩者分離,不影響主體變運行,從而保證變壓器運行可靠、維護方便[2]。由于自耦變壓器和同容量、同電壓等級的普通變壓器相比具有省材料、損耗少、重量輕、體積小等優點,因此特高壓變壓器采用自耦方式比較合理。

通過以上分析可知,特高壓變壓器采用單相、分體、自耦結構有利于降低運輸難度、減小自身體積、提高電網運行可靠性。

2 特高壓變壓器調壓方式及調壓位置分析

2.1 調壓方式分析

變壓器調壓方式分為無載調壓和有載調壓2種方式。無載調壓方式由于切換檔位時必須使變壓器停電,因此結構比較簡單。有載調壓方式由于帶負荷切換檔位,涉及到絕緣、限流等問題,其結構比較復雜,造價較高。國內外統計資料表明[3],有載調壓開關故障在變壓器所有故障中所占比例較高,有載調壓變壓器的故障率為無載調壓變壓器的4倍,而有載調壓裝置自身的故障約占40%。有載調壓開關自身問題較多,例如操縱機構、控制回路、滅弧、觸頭磨損等,并且有載調壓開關的使用還會帶來諸如損耗增加、漏磁偏大等一系列問題[4]。因此在電網工程中是否選用有載調壓開關應通過系統論證,在其他調壓手段能滿足要求的條件下應盡可能選用無載調壓。國外超高壓電網中,美國、法國采用無載調壓,英國、意大利、瑞典采用無分接變壓器,日本、德國采用有載調壓。

2.2 調壓位置分析

自耦變壓器的調壓方式按調壓繞組的位置可以分為線端調壓和中性點調壓。線端調壓通常為中壓側,調壓時繞組每匝電壓不變,不會引起鐵心磁通改變,因此這種方式稱為恒磁通調壓。此種方式下進行電壓調整,低壓側電壓不受或少受影響。變壓器中壓側額定電流大、引線粗,采用線端調壓時,大量引線的絕緣處理難度大,高場強區域范圍較大,因而中壓側線端往往成為變壓器絕緣的薄弱點。而中性點調壓的最大優點是調壓繞組和調壓裝置的電壓低、絕緣要求低、制造工藝易實現、整體造價低。

3 特高壓變壓器調壓時鐵心磁通及低壓電壓分析

我國特高壓變壓器采用中性點無載調壓方式。特高壓變壓器調壓原理如圖1所示,其中SV、CV、TV、LV、EV、LE、LT分別為串聯繞組、公共繞組、調壓繞組、低壓繞組、調壓勵磁繞組、補償勵磁繞組、補償繞組。主體變壓器占用一個油箱,調壓變壓器和補償變壓器共用一個油箱。

圖1 特高壓變壓器調壓原理

中性點調壓方式下,因系統電壓變化調整分接位置時,三側電壓均要隨之變化,低壓側電壓有可能波動過大無法使用。為確保低壓電壓恒定,在調壓變壓器中設置了補償繞組,用于避免低壓電壓出現較大波動。根據電磁耦合關系及電路結構可得下列公式。

式中:e1、e2、e3分別為SV、TV、LT中每匝電勢; Φ1、Φ2、Φ3分別為SV、TV、LT中磁通量;Uh、Um、Ul分別為高、中、低壓側電壓。

以某變壓器廠出產的1臺1 000 k V特高壓變壓器為例,各繞組匝數分別為:NSV,854;NCV, 854;NTV,±45×4;NLV,310;NEV,649;NLE,460;假設高壓側電壓恒定為將以上參數帶入公式(1)、(2),所得結果如表1所示,其中Ul為低壓側加入補償繞組時的電壓,U10為低壓側未加入補償繞組時的電壓。分接改變時各鐵心磁通變化情況如圖2所示。分接改變時低壓電壓變化情況如圖3所示。

表1不同分接下匝電壓及各側電壓

從表1可以看出,中性點調壓時,如果改變分接位置,低壓電壓也會隨之改變。

圖2 不同分接下各鐵心磁通變化情況

從圖2可以看出,中性點調壓方式下改變分接位置時,主體變壓器、調壓變壓器、補償變壓器的鐵心磁通均會發生不同程度變化,補償變壓器磁通變化較主體變壓器和調壓變壓器要更大一些。

圖3 不同分接下低壓繞組電壓變化情況

從圖3可以看出,在未加補償繞組時,如果改變分接位置低壓側電壓變動較大,變動值最大達11.11 k V。加入補償繞組后改變分接位置低壓電壓波動較小,變動值最大僅0.34 k V。由于低壓補償繞組的負反饋作用使得低壓繞組保持相對穩定。當中壓側調壓范圍為±5%時,低壓側電壓變動范圍不超過0.18%。

4 結論

a.綜合考慮體積、重量、運輸及運行可靠性等條件,特高壓變壓器采用中性點無載調壓、主體變壓器與調補變壓器分離形式成為必然。

b.低壓繞組加入補償繞組后,由于補償繞組的負反饋作用,可使低壓繞組電壓的波動變小,有利于電網設備的安全穩定運行。

[1] 原敏宏,李忠全,田 慶.特高壓變壓器調壓方式分析[J].水電能源科學,2008,26(4):172174.

[2] 車 薪,郭天嘯.特高壓晉東南變電站調壓補償變壓器運行分析[J].電力建設,2009,30(10):2325.

[3] 江 偉,羅 毅,涂光瑜.基于多類支持向量機的變壓器故障診斷模型[J].水電能源科學,2007,25(1):5255.

[4] 顧志飛,尹項根,張 哲,等.大型高壓變壓器通用微機保護裝置的研制[J].水電能源科學,2007,25(2):99 102.

本文責任編輯: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,工程師,主要從事無功電壓、電氣設備試驗及故障診斷工作。