孙强，郑楠，尚勇，王中阳，邹家勇，李龙才

（1.陕西省电力公司规划评审中心，陕西西安 710065；2.西南电力设计院，四川成都 610021）

750 kV单相三绕组双体组合式变压器，简称750 kV组合式变压器，是指利用2台结构相同或相近的小容量变压器，通过并列或绕组并联的方式来代替单台大容量变压器，2个变压器共用高压和中压油气套管。

1 组合变压器优点及应用现状

随着750 kV电网建设大规模展开，在国家电网公司的指导和设备制造企业的共同努力下，西北地区750 kV电气主设备装备水平有了很大提高[1-8]。但是对于750 kV变压器来说，目前尚存在一些运输和使用上的问题需要解决。一是由于750 kV变压器体积较大，大件运输较为困难；二是为了保证电网的安全运行，在一个或几个变电站内必须设置备用相，增加了工程的投资；三是虽然设置了750 kV变压器备用相，但更换变压器的时间为70 d左右，停电时间长，对电网安全可靠运行造成很大影响；四是在运行前期电网实际的负荷比较小，主变大多数时间处于低负荷运行工况，此时空载损耗在变压器总损耗中所占比重较大，经济性不高。

目前西北电网750 kV变电站装设1组主变的情况较为常见，“单站单变”运行可靠性较低，故障停电长，影响较大。另外，在变电站运行的前期负荷较低，变压器长期处于非经济运行状态。

750 kV组合变压器具有以下优势：一是每相由2个变压器组合而成，在相同容量的条件下，组合式变压器方案可以降低变电站内主变压器运输尺寸及运输重量，特别是对于西北偏远地区工程，可有效解决大件运输难题；二是每相的2个变压器可以互为备用，节省了备用相的投资；三是由于采用了2台组合的方式，在其中某台变压器故障时，可以仅跳开故障变压器，变电站可以在半容量下连续运行，变压器的备用率达到100%，而常规变压器方案的备用率为33%，提高了系统运行的灵活性及可靠性；四是在系统低负荷运行时，通过减少投入容量能有效降低主变压器空载损耗。

目前，组合式变压器在国外已有成熟应用经验。在韩国，新安城765 kV变电站为了解决变压器运输问题，采用了组合式变压器方案。其整体结构如图1所示。

图1 韩国新安城765 kV变电站组合式变压器图Fig.1 The combined transformer in 765 kV substation,Xin′an,South Korea

该方案组合式变压器由2台1/2容量变压器对称布置，两侧变压器采用油气套管连接后，再共用GIS套管分别接入高压和中压GIS配电装置。主变与配电装置连接采用全GIS结构，主变出线套管与配电装置进线套管共用，解决了高压、大容量变压器运输难题。

2 750 kV组合变压器技术与经济分析研究

针对西北地区某变电站采用组合式变压器，本节从设备外形尺寸、运输费用和运行损耗等方面做了相应的技术经济性比较。

2.1 750 kV组合式变压器设备尺寸

750 kV组合变压器为单相、自耦变压器，单相容量设计为700 MV·A，由2个小容量变压器组成，单个变压器容量为350 MV·A。采用内置隔离开关方式，将2个变压器连接，750 kV和330 kV侧通过油-SF6套管与SF6隔离开关连接在一起，2个变压器共用一套高、中压套管，低压套管和中性点套管独立。2个变压器油路独立，分别设有独立的冷却系统。750 kV组合变压器外形尺寸如图2所示。

图2 组合式变压器外形尺寸Fig.2 Dimensions of the combined transformer

采用内置隔离开关的2×350 MV·A组合式变压器方案后，设备外形尺寸较单台700 MV·A变压器有所增大。但由于组合式变压器可实现拆分运输，其单台运输尺寸及运输重量较单台700 MV·A变压器大大减小。表1就组合式变压器设备外形尺寸及运输尺寸与单台700 MV·A变压器进行了比较。

表1 常规变压器与组合变压器参数对比Tab.1 Parameters comparison of the conventional transformer and the combined transformer

采用组合式变压器方案，在设备外形尺寸上，较单台700 MV·A变压器有较大增加。由于共用高、中压套管，内置隔离开关，组合式变压器宽度大为增加，但在运输尺寸和运输重量上却有较大优势。根据表1可知，采用组合式变压器方案，运输高度和宽度与采用常规700 MV·A方案相比无明显差别，运输长度减少20%～30%，运输重量减小25%～30%。

2.2 运输费用比较

考虑使用组合式变压器方案后，运输尺寸与运输重量均有较大程度下降，且不存在备用相，而在单相700 MV·A方案中，考虑一台备用相时，需运输4台大容量变压器，对于组合式变压器方案，由于可以拆分运输，且不存在备用相运输问题，因此，共需运输6个变压器。常规变压器与组合变压器的费用对比如表2所示。

表2 常规变压器与组合变压器运输费用对比Tab.2 Transportation cost comparison of the conventional transformer and the combined transformer

对于组合式变压器方案，运输时，沿路公路处理措施均有不同程度减少，因此，运输时间有较大缩短。综合运输费用与运输时间，并考虑到随着组合式变压器技术的成熟，其运输尺寸可能会有进一步缩小，其运输优势将更加明显。

2.3 组合式变压器损耗分析

在电网运行的前期，此时700 MV·A变压器长期处于低负荷运行状态，存在较大的容量浪费现象，其损耗也主要以空载损耗为主，采用组合式变压器方案。可以在早期仅投运1/2容量（350 MV·A），能大大降低变压器空载损耗，具备良好的节能效果。

2.3.1 变压器空载损耗

采用组合式变压器方案，在早期负荷较小的情况下，由于仅投运一台350 MV·A变压器，变压器铁芯体积减小，根据空载磁滞损耗和涡流损耗（忽略空载时的杂散损耗）计算公式：

式中，C是由硅钢片材料和厚度决定的系数；Bm为励磁磁通；f为运行系统频率；V为铁芯体积。

在铁芯材质、厚度、电压、频率等因素不变的情况下，空载损耗与铁芯体积成正比，因此，采用组合式变压器在单变压器运行时，相对于运行1台700MV·A变压器而言，早期或负荷较小时变压器空载损耗将会明显减小。

2.3.2 变压器负载损耗

变压器的负载损耗主要包括变压器绕组基本铜耗和绕组附加损耗及由漏磁场带来的杂散损耗等。其中变压器基本铜耗（含环流流电阻损耗）约占总负载损耗的70%，绕组附加损耗及杂散损耗约占30%。变压器绕组基本铜耗主要与绕组等效电阻有关，其计算公式为：

式中，I1，I2为变压器运行原边和副边电流值；R为折算到运行状态的等效电阻值。

当采用组合式变压器方案时，单台350 MV·A变压器由于输出容量较小，其一、二次绕组截面会减小，绕组等效电阻将有所增加，同时为了保证远期2台投运2台并联运行350 MV·A变压器时，其运行阻抗值与系统要求的1台700 MV·A变压器一致，早期投运1台350 MV·A变压器时，其阻抗有名值应为1台700 MV·A变压器2倍，1台350 MV·A容量变压器运行时，等效基本铜耗将、绕组附加损耗及杂散损耗降有所增加。但由于负载损耗与负载电流呈平方关系，随着负荷的下降，负载损耗降急剧下降，因此，在大容量变压器低负荷运行状态时，空载损耗为损耗的主要部分，此时，使用组合式变压器采用1/2容量运行方式，可降低空载损耗，从而达到节能的目的。不同负荷下的损耗值如图3所示。

图3 常规变压器与组合变压器不同负荷损耗图Fig.3 Loss curves of the conventional transformer and the combined transformer with different loads

由负荷－损耗曲线，在负荷150 MV·A以下时，组合式变压器损耗要小于普通700 MV·A变压器，如果某站主变负荷在前10年负荷率仅为105 MV·A，此时若采用700 MV·A单台主变运行方式，则对应的损耗约168 kW，若采用组合式变方案，仅运行1/2容量，此时损耗约144 kW，损耗约减少24 kW，约14.3%，按105 MV·A负荷运行10年计算，可节能：

考虑三相，则一组组合式变压器在运行前10年，可节能约6307.2 MW·h。由此可见，在变电站运行前期负荷较小的情况下，组合式变压器具备一定的节能效果。

3 750 kV组合变压器布置方案研究

采用组合式变压器方案，会带来宽度上较大的增加，在工程实施上，站内设备布置会有较大的不同。针对西北地区某变电站，从占地、设备布置等方面与原单台700 MV·A变压器方案进行比较分析。

3.1 普通变压器方案布置

对于普通变压器方案，采用700 MV·A单相自耦变压器，尺寸约为：14.5 m（L）×8.0 m（W）×14.0 m（H），暂时考虑取油坑尺寸为：17.5 m（L）×10.0 m（W），750 kV和330 kV侧均采用架空线引接分别进入750 kV配电装置和330 kV配电装置，66 kV侧采用软导线引接到66 kV变压器母线上。完成“Δ”接线后，再经总断路器引至66 kV主母线。其布置如图4所示。

由图4可以看出，单组变压器布置尺寸约为66 m（L）×12 m（W），高、中压侧采用架空线引接，低压侧采用软导线引接，主变压器高压侧设置运输、检修道路。主变采用图4布置后，750 kV变电站总平面布置如图5所示。

3.2 组合式变压器方案布置

对于组合式变布置方案，外形尺寸为：13 m（L）×23 m（W）×15 m（H），2台变压器之间通过油气套管连接，共用高低压出线套管，低压侧由于设置了“Δ”接线管母线，则只需将低压套管直接引出至管母，即可实现并联。750 kV和330 kV侧均采用架空线引接分别进入750 kV和330 kV配电装置，66 kV侧经由软导线连接到66 kV变压器母线上，利用母线完成并联和“Δ”接线后，再经总断路器引至66 kV主母线。油坑的尺寸考虑为：26 m（L）×16 m（W），其布置如图6所示。

图4 常规变压器布置方案Fig.4 Layout plan of the conventional transformer

图5 常规变压器站内平面布置图Fig.5 Layout plan of the conventional transformer in substation

图6 组合式变压器布置图Fig.6 Layout plan of the combined transformer

由图4可以看出，由于2台350 MV·A采用了油气套管互连，且内置隔离开关，导致横向尺寸有较大增加，其布置尺寸约为90 m（L）×18 m（W）。高、中压侧采用架空线引接，低压侧采用软导线引接，主变压器高压侧设置运输、检修道路。采用组合式变压器后，其在站内的平面布置图如图7所示。

与普通变压器方案相比，采用组合式变压器方案，由于宽度增加，导致750 kV进线较常规变压器方案困难，全站纵向尺寸需适当加大，通过优化布置，全站纵向尺寸比常规变压器方案尺寸扩大了8 m，此时全站占地面积增加比普通变压器方案有所增大，计算可得约增大：2500 m2，合0.25 hm2。但是增加面积不大，通过优化设计减小变压器尺寸以及设计单位优化布置设计，可以将占地进一步减小。

4 组合式变压器控制保护方案

组合式变压器的控制保护方案：应将组合式变压器作为一个统一的电气元件进行控制。并配置以下保护（电量保护均按双重化配置）：

1）组合式变压器差动保护；

2）变压器1差动及后备保护；

图7 组合式变压器站内平面布置图Fig.7 Layout plan of the combined transformer in substation

3）变压器1非电量保护；

4）变压器2差动及后备保护；

5）变压器2非电量保护；

6）750 kV短引线保护；

7）330 kV短引线保护。

保护配置如图8所示。

上述任一保护动作均需跳开三侧断路器，将整个组合式变压器退出运行；保护动作后可根据各分区保护动作情况判断故障位置，将故障的分变压器开关解开后进行检修，另一台正常的分变压器可重新投入运行；但此时组合式变压器的电气元件参数发生变化，正常的分变压器重新投入运行前各相关保护需根据调度要求修改保护定值。

5 结论与展望

根据组合变压器与常规变压器的数据，进行技术经济分析，可得出如下结论。

1）若采用组合式变压器，由于变压器本身结构没有太多变化，从技术和工艺制造角度分析，技术上不存在困难。

2）采用组合式变压器并联运行时，从系统角度而言，与单台700 MV·A变压器区别不大，但在系统负荷较小的情况下，能够运行于1/2容量状态，提高了系统运行的灵活性。

3）采用组合式变压器可以取消备用相，2台变压器可互为备用，运行方式非常灵活。即使是某相的2台小容量变压器均出现故障，也可以将另外两相组合式变压器其中一台转移到故障相，变电站可以在半容量下连续运行，备用率达到100%，而常规变压器方案的备用率为33%，极大地提高了变电站运行可靠性。

4）采用组合式变压器，在变电站主变故障时，通过停电时操作油-SF6套管中隔离开关，能很快将故障变压器退出运行，缩短全站停电时间，提高了故障恢复供电能力，从而提高运行可靠性及系统稳定性。

5）在变电站运行的前期，平均负荷率较低，采用普通变压器方案，主变长期处于低负荷，非经济运行状态，空载损耗大，存在很大的容量浪费现象。采用组合式变压器方案，能够在低负荷运行时，减小空载损耗，达到较好的节能效果。

6）组合式变压器方案使变压器的运输尺寸及重量均有不同程度减少，可降低变压器运输难度，减少运输费用及运输时间。特别是对于西北偏远地区工程，可有效解决大件运输难题。

7）保护方案配置可满足组合式变压器保护可靠性、选择性、灵敏性和速动性的要求。

8）考虑设备投资及工程建设费用，采用组合式变压器方案比采用常规变压器增加占地和投资。

综上所述，在750 kV变电站采用750 kV单相三绕组双体组合式变压器方案具备可行性。采用组合式变压器能够提高系统灵活性与可靠性，降低设备制造难度及大件运输难度，适宜电网运行前期低负荷运行特点。同时，通过750 kV/700 MV·A组合变压器的研制，将会对后续开发单相750 kV/1000 MV·A变压器以及1000 kV特高压组合式变压器，解决其运输困难的问题提供宝贵的经验，能有力推进我国电力设备生产制造水平。

图8 组合式变压器保护配置方案Fig.8 Protection plan of the combined transformer

[1] 印永华，房喜，朱跃．750 kV输变电示范工程系统调试概况[J]．电网技术，2005，29（20）：1-9．YIN Yong-hua，FANG Xi，ZHU Yue．General situation of system commissioning for 750 kV transmission pilot project[J]．Power System Technology，2005，29（20）：1-9（in Chinese）．

[2]黄明良．拉西瓦水电站接入系统与西北750 kV电网建设方案的研究[J]．电网技术，2005，29（13）：20-25．HUANG Ming-liang．Study on connecting system for Laxiwa hydropower station and construction schemes of 750 kV northwest China power grid[J]．Power System Technology，2005，29（13）：20-25（in Chinese）．

[3] 郑宝森，郭日彩．中国互联电网的发展[J]．电网技术，2003，27（2）：1-3．ZHENG Bao-sen，GUO Ri-cai．On development of interconnection of powernetworks in China[J]．Power System Technology，2003，27（2）：1-3（in Chinese）．

[4] 丁新良．750 kV电压等级是西北电网发展的必然选择[J]．电网技术，2002，26（3）：23-26．DING Xin-liang．750 kV-an inevitable choice of higher voltage grade for northwest power grid in China[J]．Power System Technology，2002，26（3）：23-26（in Chinese）．

[5] 李骈文．西北电网采用750 kV电压与全国联网的关系[J]．电网技术，2002，26（3）：20-21．LI Pian-wen．Relation between choosing 750 kV voltage grade for northwest China power grid and nationwide power grid interconnection[J]．Power System Technology，2002，26（3）：20-21（in Chinese）．

[6] 吴盛麟．对我国输电线路工作的几点建议[J]．电网技术，1994，18（2）：49-55．WU Sheng-lin．Some suggestion on the research work of powertransmissionlineinChina[J]．PowerSystemTechnology，1994，18（2）：49-55（in Chinese）．

[7] 衣立东．西北电网高一级电压等级论证工作回顾[J]．电网技术，2002，26（3）：27-30．YI Li-dong．Argumentation on higher voltage grade for northwest China power grid[J]．Power System Technology，2002，26（3）：27-30（in Chinese）．

[8] 刘振亚．特高压电网[M]．北京：中国经济出版社，2005.