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特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)

特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)

                   赵宏飞1,陈晓贵1,张郭晶1,马宏忠2,王鹏飞1

1.江苏省电力公司检修分公司扬州分部,江苏扬州  225000;2.河海大学能源与电气学院,江苏南京  211100

摘要:目前特高压变压器采用中性点变磁通的调压模式,虽然采用中性点调压方式会造成低压侧电压的变化,但通过补偿绕组及电压负反馈同路的选择,可以很好地满足调压要求。为比较目前2种常用调压补偿方式变压器的运行特点,首先对特高压变压器常用的2种调压补偿原理进行了介绍,分别给出了2种采用不同补偿方法变压器各个绕组的电磁关系,并对2种调压补偿方式变压器电压调节的差别进行了分析比较。结果表明,采川完全补偿方式时,低压侧电压波动比采用非完全补偿方式时要小,调压效果较好。

关键词:特高压变压器;调压补偿方式;中性点;完全补偿;非完全补偿

中图分类号:TM403     DOI: 10.11930/j.issn1004-9649.2016.04.093.04

0引言

    特高压变压器作为特高压输电工程的关键设备,所涉及的相关技术问题比低电压等级的变压器要复杂得多。目前1 000 kV电压等级的变压器调压方式主要为中性点无励磁变磁通调压。虽然采用中性点调压方式会造成低压侧电压的变化.但通过补偿绕组及电压负反馈回路的选择.可以很好地满足调压要求。虽然对2种调压方式的变压器有所比较,但未对变压器的大部分电气量参数进行数值比较。本文首先对特高压变压器调压补偿问题进行分析说明.介绍了完全补偿方式和非完全补偿方式的区别。同时给出了2种采用不同补偿方法变压器各个绕组的电磁关系,并通过计算分析比较2种调压补偿方式的调节效果。

1  特高压变压器结构特点

1.1  单相分体结构

    由于特高压变压器容量很大且绝缘水平要求很高,导致变压器的重量和体积必然很大,变压器厂在设计和制造时.就应考虑安装和运输问题。白耦变压器与相同容量、相同电压等级的三绕组变压器相比,其优点是材料省、损耗少、重量轻、尺寸小、成本低且便于安装和运输。因此,特高压变压器主要采用单相自耦变压器。

    常用的白耦变压器一般是一体式的结构.而特高压变压器采用主体变压器和渊压补偿变压器分箱布置的结构.主体变压器和调压补偿变压器在外部通过母线进行连接。采用这种结构,一方面是为了简化主体变压器的结构.提高主体变压器工作运行的安全性:另一方面,当需要将变压器从无励磁调压改造为有载调压时.可仅对调压补偿变压器进行改造.而主体变压器在改造过程中可单独继续工作.提高了主体变压器运行的可靠性以及改造的灵活性。而且这种分开布置更有利于变压器可靠的安装和运输。

1.2  中性点无励磁调压方式

    变压器按照调压方式不同.可分为有载调压和无载(无励磁)调压。使用有载调压方式大大增加了变压器结构的复杂性以及设备制造价格,而且降低了变压器运行的可靠性。一般情况下,系统的电压等级越高,电网的电压波动就越小。由于地区供电的电压质量可以依靠无功调节.并且有下级电网的有载调压变压器作为保障,特高压变压器不用经常进行调压.只要适应季节性运行方式和周期性停电检修的调整需要.采用无载调压的方式完全能够胜任。从可靠性、合理性、经济性和系统运行方式考虑.特高压变压器采用无励磁调压方式更加合理。

    白耦变压器的调压方式可分为在线端和在巾性点进行调压。线端调压是指在变压器巾压侧的线端进行调压。特高压变压器的中压为500 kV电压等级,若采用在500 kV线端进行调压的方式,调压开关与调压绕组都会受到较高电场的作用,对绝缘水平要求很高,而且绝缘结构复杂。因此,现阶段工程中特高压变压器主要采用中性点无励磁调压方式。

1.3补偿及励磁方式

    由于中性点调压是变磁通调压,当调压变的分接开关在不同档位时,不仅中压绕组线端的电压、电流会变化,而且低压绕组的电压、电流也会改变。另外,在不同分接位置时,变压器的阻抗电压也会发生变化。为降低主体变压器低压侧电压变化程度,保证主体变压器运行的稳定性,需要对低压侧电压进行补偿。因此,会在调压变压器中专设一个补偿变压器。

    特高压变压器的中压侧线端是500 kV电压等级的绝缘水平,若补偿变压器采用中压励磁,调压补偿变压器的绝缘水平也需为500 kV级水平。这会造成调压补偿变压器的成本升高、可靠性变差。因此,为降低成本、提高可靠性,调压变压器的励磁方式选择低压励磁。

2特高压变压器调压补偿原理

    特高压变压器采用的中性点调压方式会造成其他相关电压和主磁通的变化,因此也叫变磁通调压。若调整分接开关位置,变压器j侧绕组的电压都要发生变化,有可能导致低压侧电压变化过大而无法使用(电压过大超过设备绝缘水平或电压过低设备无法正常T作)。为了有效控制这种变化,确保低压侧输出电压保持恒定,在调压补偿变压器中设置有LELT绕组,用于补偿低压侧电压的变化。

    调压变压器的励磁电源有完全补偿和非完全补偿2种方式。完全补偿是指调压励磁电源取自低压绕组和补偿绕组的串联之和(电压叠加)即为低压侧电压(低压绕组电压和低压侧电压不同);非完全补偿是指调压励磁电源取白本体变压器低压绕组电压。2种不同调压补偿方式的变压器绕组接线如图1所示。图1中:SV为串联绕组;CV为公共绕组:LV为低压绕组;EV为调压励磁绕组:TV为调压绕组;LE为补偿励磁绕组;LT为补偿绕组。

特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2281.png特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2282.png 

3 2种补偿方式变压器对比分析

3.1  2种变压器电磁耦合矩阵方程

    非完全补偿方式和完全补偿方式的电磁耦合关系矩阵方程分别为

特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2352.pngLV)、调压变(包括EVTV)以及补偿变(包括LELT)绕组中每匝的电势;U h为高压侧系统电压.为已知量,其值为1050 kV(一般情况下系统的电压等级越高,电网的电压波动就越小)。

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利用上述电磁耦合关系矩阵方程分别可求出2种变压器各绕组匝数如表1所示,其中调压绕组TV9个分接.19分接等差递减。

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式中:f为系统频率,其值为50 Hz

3.2 2种变压器调压对比分析

    由于2种变压器调压励磁电压抽取不同,分析2种变压器并列运行特别是当中压侧电压波动时,调节分接开关后的输出电压是否相同,对变压器和电网安全稳定运行有重要意义。

    高压侧电压恒定为1 050 kV,当调节分接开关使分接头分别位于9种分接位置时.2种方式连接的变压器的电势、电压、磁通计算结果分别如表2、表3所示。从表2和表3可以看出,当调节调压变的分接开关在同一分接位置时.2种变压器巾、低压侧输出电压波动很小,且基本保持一致。因此,当高压侧电压波动较大时,2种变压器并列运行.就不会产生较大的环流。

特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2804.png特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2805.png 

    为分析2种补偿方式下补偿的效果.即比较2种变压器在不同分接头位置时,主体变低压侧

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    由式(5)分别计算低压侧电压和调压变磁通的变化率特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2882.png特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2884.png,统计结果如表4所示。

特高压变压器调压补偿方法对比分析(电力)2897.png 

    从表4可以看出:(1)采用非完全补偿方式时调变为变磁通调压,而采用完全补偿方式时调变基本为恒磁通调压。(2)在通过调节分接开关位置来调节中压侧电压时,变压器2(完全补偿方式)比变压器1(非完全补偿方式)低压侧电压波动要小。

4结语

    特高压自耦变压器采用中性点无励磁调压方式具有一定的优越性,调压开关承受的电压不会很高.通过的电流不是很大。独立设置调压补偿变压器既简化了主体变的结构,提高了安全性,又可以在需要将无载调压改造为有载调压时,主体变可以继续运行。对于由变磁通引起的110 kV低压侧电压的波动变化,设置了补偿变压器进行调压补偿。

    2种调压补偿方式的分析表明,在调节分接开关时,采用完全补偿方式的变压器的励磁线圈的匝数相对较多,抗冲击性能也更好而且低压侧电压波动较小,因此,特高压变压器采用完全补偿方式更为合理。

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