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特高压变压器调压方式及原理分析

2016-05-08赵东森徐育福

湖北电力 2016年3期
关键词:调压中性点电势

赵东森,徐育福

(1.国网湖北省电力公司,湖北 武汉 430077;(2.国网福建省电力有限公司检修分公司,福建 福州 350013)

0 引言

超高压交流电网变压器一般为自耦变压器,大多数采用单相三柱铁芯,单柱或两柱套线圈结构,单相或者三相一体式。特高压交流电网变压器一般为主体变和调补变分箱布置,采用单相四柱或单相五柱铁芯,两柱或三柱套线圈结构。目前,超特高压变压器单相容量范围为250~1 000 MV·A。按调压方式分,可分为有载调压和无载调压。按调压绕组位置分,可分为中压侧线端调压、中性点调压和串联绕组末端调压等三种[1],一般的调压方式如图1所示。有载调压开关的故障在变压器故障中占有很大比例,有载调压变压器的故障率约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%[1],所以前者会增加变压器结构的复杂性和造价成本,且降低了变压器的运行可靠性。目前,超特高电网变压器一般采用无载调压方式。

图1 变压器一般调压方式Fig.1 Transformer general voltage regulation mode

超高压变压器多数采用中压侧线端调压,按照箱体来分,单相自耦或三相自耦,用来联络500 kV与220 kV电网,其线端调压绝缘水平为220 kV。特高压变压器若采用500 kV线端调压,绝缘水平相对较高,线端入波时调压开关和调压绕组受到较高电场的作用,不仅绝缘结构复杂,而且目前尚无可用的调压开关。因此,现阶段特高压变压器只能采用中性点变磁通调压方式,用来联络1 000 kV与500 kV电网。

1 线端调压原理分析

超高压电网常采用中压线端调压方式。由于在调压时绕组的每匝电压不变,不会引起铁芯磁通改变,所以这种调压方式称为恒磁通调压。当中压侧电压调整时,低压侧电压不受或少受影响。因变压器中压侧额定电流大、引线粗,当采用线端调压时,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。特高压变压器采用中性点调压方式,主要是由变压器的自身特点来决定。1 000 kV级变压器首先应该考虑绝缘问题,如采用线端调压方式,则调压装置的绝缘水平要求很高,其可靠性难以保证。

中压侧线端调压方式,常见接线情况如图1(a)、(b)所示。此调压方式将调压开关直接接于中压侧出线端部,当高压侧电压保持不变、中压侧电压变化时,按电压升高或降低相应地增加或减少匝数,保持每匝电势不变,从而保证自耦变压器铁芯磁通密度为一恒定数值,消除过激磁现象,使第三绕组电压不至于发生波动。如果高压侧电压变化时,变压器的励磁状态虽然也会发生变化,影响到低压侧的电压数值,但这种变化远较中性点调压方式为小,不会大于电压波动范围。

串联绕组末端调压方式,如图1(d)所示。它在高压侧串联绕组处直接进行调压,当高压侧电压升高时,相应增加线圈匝数,当高压侧电压降低时,相应减少线圈匝数,是一种保证铁芯磁通密度恒定的线端调压方式。该方式可克服中性点调压带来的电压波动问题,使中压侧和低压侧电压保持不变。

通常情况下,1 000 kV变压器常采用图1(c)调压方式调压,500 kV变压器多采用图1(a)、(b)调压方式调压,330 kV三相自耦变压器多采用图1(d)调压方式调压。

2 中性点调压原理分析

中性点调压方式,见图l(c)所示,这种调压方式的最大优点是调压绕组及调压装置的工作电压低,绝缘水平要求较低;工作电流小,工作电流为公共绕组电流,即中压侧电流与高压侧电流之差,其值约为中压侧电流的54%。但中性点调压方式的问题是由于调压线圈设在公共绕组上,当调整分接头位置时,则不仅中压侧电压发生变化,高压侧电压也相应变化。同时,第三绕组也会出现电压偏移现象,当升高中压侧电压时,将降低低压侧的电压,如果中压侧电压变化较大,有可能导致低压侧无法使用。而且,中性点调压也称为变磁通调压,调压过程中主绕组的感应电势随之变化,从而可能出现过激磁现象[2-5]。

图2绕组联结图Fig.2 Transformer winding connection diagram

中性点调压方式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。本文以某特高压变压器为例,型号为ODFPS-1000000/1000,1050/3/525/3 ±4×1.25%/110 kV,总体外部结构采用独立外置调压方式,即变压器本体与调压补偿变分箱布置,设置补偿绕组限制因分接位置变化引起低压侧电压波动。

某特高压主变压器的铁芯采用单相五柱式,三个立柱的高压绕组、中压绕组和低压绕组分别并联引出,每柱上的绕组排列顺序为:铁芯柱-低压绕组=中压(公共)绕组-高压(串联)绕组。其7个绕组的匝数如下:NHV=NMV=854;NLV=310;NPV=649;NPV'=460;NBV=86;NTV=±45×4,1档位时为45×4,9档位时为-45×4,1到9档位分接等差递减[5]。第1档位X2对应于分接开关的端子为8[4]。

图3 中性点调压原理图Fig.3 Principle diagram of transformer neutral point voltage regulation

为了保证低压电压恒定,将补偿绕组串入低压绕组,在补偿变压器中设置有PV'和BV,用于补偿低压电压的波动。由于调压补偿变中有2个铁芯,主体变中有1个铁芯。铁芯中将分别产生磁通为Φ1、Φ2、Φ3,且每磁通导致磁通流过绕组每匝线圈感应出的电动势分别相同,依次为e1、e2、e3。磁通与感应电动势关系为Φ=e/4.44f,f为系统频率,图3中虚线表明磁通流通的示意情况。因此,这7个绕组的电磁耦合关系如下:HV、MV、LV有电磁耦合,PV,TV有电磁耦合、PV'、BV有电磁耦合,根据图3中的电磁耦合关系,可推出公式(1)、(2)。

图4 调压过程中典型电气参数变化情况Fig.4 Typical electric parameters in transformer voltage regulation process

UHP、UMP、ULP分别为高压、中压、低压相电压。可以通过式(1)、式(2)分析调压情况。其中额定档位为第5档位,此时调压绕组TV的分接开关的端子为4,调压绕组接入匝数为零,相当于X与X3、X2、X1短接,调压变退出运行,补偿变和主体变运行,此时式(1)(2)中的e3为0。

按照公式(1)(2),以及上文中的某特高压主变7个绕组匝数情况,分别对感应势e、高电压侧相电压U、磁通量Φ进行作图,如图4所示。从图中,知晓三个Φ1、Φ2、Φ3对应于每档均发生变化,高压侧电压始终不变,低压侧相电压波动范围为[-0.135,0.169]%,中压侧相电压调节范围为[-5.30,4.793]%,其变化关系为线性,满足相关技术条件。

3 中性点调压补偿原理分析

图5 分接开关分接头为1、2、3、4档时绕组电势图Fig.5 The transformer tap changer is divided into 1,2,3,4,and the winding potential diagram

当分接头为1、2、3、4档时,绕组电势图见图5。此时,主体变公共绕组(MV)末端正向串联了调压绕组(TV),主体变变比和电势方向固定,调压变调压绕组(TV)与主体变高压绕组(HV)和公共绕组(MV)电势方向相同,高压侧电势大小EAX=EHV+EMV+ETV,中压侧电势大小EAmX=EMV+ETV;补偿变励磁绕组(PV')电势大小和方向与调压变调压绕组(TV)相同,补偿绕组(BV)与主体变低压绕组(LV)正向串联,电势方向相同,低压侧电势Eax=ELV+EBV;调压变励磁绕组(PV)电势大小和方向与低压侧相同(EPV=Eax=ELV+EBV)。设高压侧电压大小不变,相比额定档位,由于正向串联调压绕组(TV),ETV正向分压导致EHV、EMV、ELV大小均减小,而EHV减小将使中压侧EAmX变大(EAmX=EMV+ETV),实现中压侧电压调高的调节;同时ETV正向分压使EPV'大小增加,EBV随之增加,从而补偿由于ELV减小而导致低压侧Eax的变化,实现低压侧补偿功能(Eax=ELV+EBV)。

图6 分接开关分接头为6、7、8、9档时绕组电势图Fig.6 The transformer tap changer is divided into 6,7,8,9,and the winding potential diagram

当分接头为6、7、8、9档时,绕组电势图见图6。此时,主体变公共绕组(MV)末端反向串联了调压绕组(TV),主体变变比和电势方向固定,调压变调压绕组(TV)与主体变高压绕组(HV)和公共绕组(MV)电势方向相反,高压侧电势大小EAX=EHV+EMV-ETV,中压侧电势大小EAmX=EMV-ETV;补偿变励磁绕组(PV')电势大小和方向与调压变调压绕组(TV)相同(此时与分接头在1、2、3、4档时的电势方向是相反的),补偿绕组(BV)与主体变低压绕组(LV)正向串联,电势方向相反,低压侧电势大小为Eax=ELV-EBV;调压变励磁绕组(PV)电势大小和方向与主体变低压绕组(LV)相同(EPV=Eax=ELV-EBV)。设高压侧电压大小不变,相比额定档位,由于反向串联调压绕组(TV),ETV反向分压导致EHV、EMV、ELV大小均增加,而EHV增加将使中压侧EAmX减小(EAmX=EMV-ETV),实现中压侧电压调低的调节;同时ETV反向分压使EPV'反向增加,EBV随之反向增加,从而补偿由于ELV增加而导致低压侧Eax的变化,实现低压侧补偿功能(Eax=ELV-EBV)。

4 结论

某ODFPS-1000000/1000变压器总体外部结构采用独立外置调压变方式,即变压器本体与调压补偿变分箱布置,现场通过外接引线把变压器本体与调压补偿变连接起来使用。

1 000 kV变压器采取了中性点变磁通调压的调压方式,如果不采取措施,其低压输出电压将随分接位置的变化而变化。分析其变化率最大将超过±5%,这是系统运行所不允许的,通过实例,为了控制这种变化,补偿绕组来补偿低压电压,使低压输出电压偏差控制在1%以内,数据表明其调压变化情况为线性,满足相关的技术要求[6-8]。

本文从线端调压、中性点调压及补偿原理分析着手,阐述了特高压变压器的调压方式和原理,对设备生产、运行、检修起到一定的参考价值。

[参考文献](References)

[1]冯庆东,王维.国外特高压变压器技术现状及发展趋势[J].电力设备,2005,6(8):18-19.Feng Qingdong,Wang Wei.UHV Transformer Tech⁃nology Status and development trend of foreign[J].Electrical Equipment,2005,6(8):18-19.

[2]孔志达,简翔浩.1 500 MV·A大容量自耦变压器调压方式选择[J].广东输电与变电技术,2008(4):61-62.Kong Zhida,Jian Xianghao.1 500 MV·A large capac⁃ity autotransformersadjustable pressure mode se⁃lection[J].Guangdong Power Transmission Technol⁃ogy,2008(4):61-62.

[3]王超,郭海波.解析1 000 kV特高压变压器基本原理与结构特点[J].科技与企业,2015(20):215.Wang Chao,Guo Haibo.The basic principle and structure characteristics of 1 000 kV UHV Trans⁃former[J].Science and Technology Enterprise,2015(20):215.

[4]沈煜,魏光华.1 000 kV特高压变压器现场泄漏电流测量技术研究[J].湖北电力,2009(S1):13-15.Shen Yu,Wei Guanghua.1 000 kV UHV Transformer Leakage Current Measurement Technology Research[J].Hubei Electric Power,2009(S1):13-15.

[5]郭慧浩,付锡年.特高压变压器调压方式的探讨[J].高电压技术,2006(12):112-114.Guo Huihao,Fu Xinian.Investigation ofUHV Transformer voltage regulation mode[J].High Volt⁃age Engineering,2006(12):112-114.

[6]万达.特高压交流变压器和并联电抗器的技术特点[J].华东电力,2014(1):12-16.Wanda.Technical characteristics of UHV AC trans⁃former and shunt reactor[J].East China Electric Power,2014(1):12-16.

[7]常伯涛,杨玉洲,李佩泽.交流特高压变压器技术分析及展望[J].河北电力技术,2015(2):6-8.ChangBotao,YangYuzhou,LiPeize.Technical analysis and Prospect of AC UHV Transformer[J].Hebei Electric Power,2015(2):6-8.

[8]孙多.1 000 kV变压器调压方式选择及运行维护[J].中国电力,2010(7):29-33.Sun Duo.1000 kV transformervoltage regulation mode selection and operation and maintenance of[J].Electric Power,2010(7):29-33.

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