特高压变压器调压方式分析

特高压变压器调压方式分析

宋宏源

（山西省电力公司检修分公司山西太原030032）

摘要：随着国家电网公司在全球大力推动特高压建设，特高压设备的运用越发广泛，本文针对特高压变压器的调压运行方式进行了分析介绍。论述了特高压变压器的构造方式，对比分析其有载调压和无载调压以及中压侧线段调压和中性点调压的区别，并分析了各自的优缺点，得出特高压变压器调压时应采取无载和中性点调压的调压方法。

关键词：特高压；变压器；调压方式；调压位置

引言：

进入21世纪后，能源危机、环境污染的状况越发严峻，国家电网公司响应国家号召，推出特高压输电技术，提出“电能替代和清洁替代”的思想来解决资源紧张的问题，从而减少环境污染。采用特高压设备把新疆、甘肃的优质清洁能源通过特高压输电技术输送到北京上海等耗电量巨大的地区，减少了煤炭发电的污染，也缓解了能源的消耗。因此特高压变压器成为其中必不可少的重要设备，为了提高特高压变压器设备的运行稳定性，国内外做了大量研究，而特高压变压器的调压相比原先设备的调压要复杂的多，因此本文主要从其结构入手，分析探讨其主要结构与调压方式，并对不同方式下的调压效果进行对比。

一、特高压变压器的结构分析

特高压电网是指直流±800kV及以上和交流1000kV及以上的电网，其等级特别高，造成其对设备绝缘水平要求非常高。因此要求特高压变压器容量大、绝缘程度高，造成特高压变压器体型巨大，质量大，给生产和运输都带来较大困难。因此，通常采用在变电站使用三台单相特高压变压器组装成三相特高压变压器，且通常另装一台作留做备用。当某台单相变压器发生故障时，可迅速切换替代掉故障变压器，从而快速恢复供电。而如果采用三相供体变压器，巨大的体型使得国内部分道路不能顺利通过，且在运输中容易发生损坏，造成巨大经济损失，且此类变压器通常为订制，一旦损坏，必将长时间拖延工期。

国外在制造特高压变压器时同样采用的是用三台单相变压器，例如前苏联在1970年前后开始研究特高压变压器，一共制造了20余台，这些都是自耦变压器，日本也使用了同样的方法[1]，三台单相变压器的使用效果较好，单相变压器能够组装成特高压变压器这是由其特点决定的，是其众多优点共同决定的，因为与常规变压器相比较它体积小，重量较轻，而且损耗非常小，这些都可以减少成本费用。

因此采用单相自耦变压器组装成特高压变压器不仅解决了运输困难问题，还节省了生产成本。

二、特高压变压器的调压方式比较分析

（一）有载调压与无载调压的选择

变压器调压一般发生在两种情况下，分别是断电和不断电时的调整。前者是通过无载调压，主要采用调整变压器分接头的方式，这样可以改变电压，后者是在不断电的状况下的调整，因为是带负荷的调整，所以称为有载调压，有载调压变压器拥有自动灭弧装置因此能快速调整电压。故其在低电压等级电网中被广泛应用，但是由于在特高压电网中，电压等级特别高，灭弧特别困难，因此在生产过程中有载调压变压器的生产成本高，周期也相对较长。据统计，在种变压器的使用中，有载变压器的损坏率非常高，几乎接近普通变压器的4倍[2]。

且有实验数据表明[3]，有载调压装置本身故障率也高达40%，且其结构复杂，部件众多，影响其正常运行的因素较多，例如其操纵装置、灭弧装置、控制回路等，如果一个环节出现问题就会造成整个系统无法正常运行，因此在建造特高压工程时，通常采用无载调压，尽量避免采用有载调压。国外大部分国家在特高压工程的建设中也较常使用无载调压的方式，例如：美国、英国和意大利等国家都采用这种方式，只有少数国家采用有载调压方式，如德国和日本[4]。

事实上，系统电压等级越高，系统电压波动范围越小，各地区电压偏差一般靠下级电网无功补偿、安装自动调压装置、分布式电源支持供电等方式就得以解决。因此只需采用无载调压就足够满足季节性运行方式调整的需求。综合考虑各方面因素：生产是否具有经济性、运行是否具有可靠性、运输是否方便以及后期的维护维修是否便利等等，从这些方面来看，无载调压是最好的方式。

（二）调压位置的选择

根据调压位置的不同，自耦变压器的调压方式分为中性点调压和中压侧线端调压，以下是两种调压方试的介绍。

1.中压侧线端调压

在我国目前电压等级中，单相自耦变压器广泛应用于500kV以及750kV等级电网中。因为在实际调压过程中，绕组电压的水平由分接头决定的，不含分接头的电压始终不变，磁通也不会发生改变，因此该种方式称为恒磁通调压。在恒磁通调压方式下，改变中侧的电压不会造成其他侧电压水平的改变，但是会引起变压器中侧的额定电流变大，因此就需要采用横截面较粗的引线，这会造成难以绝缘，并且特高压的电压等级很高，所以中侧压线段调压的绝缘问题是非常棘手的。

2.中性点调压

在调压过程中，电压随着调压的进行发生一些列改变即称为变磁通调压，即当电网电压变化时，若调整变压器分接头，变压器三侧电压都要发生改变。中性点调压方式由于调压绕组和调压装置的电压低，且流过的电流为公用绕组电流，值较小仅为中压侧电流的一半，因此对绝缘要求水平低，制造时容易实现，且经济性好。由于中性点调压是变磁通调压，一旦改变电压，高中低侧电压都会发生改变，如果高压侧电压改变幅度较大，就会造成低压侧电压的紊乱从而无法正常运转。同时在调压过程中由于磁通的改变感应电动势也会跟着改变，因此可能会出现过激磁情况。中性点调压方法尽管国内应用的并不广泛，但其在国外特别是欧洲应用较为普遍，因此中性点调压方式同样具有广泛应用价值。

在制造变压器时，1000kV及以上的特高压电网中变压器绝缘是应首先考虑的问题。例如：1000kV系统中联络变压器中压侧标称电压为500kV，由第1小节的分析可知，如采用中压侧线端调压方式，必须满足调压装置极高的绝缘要求，且变压的运行可靠性难以满足，制造费用高昂。事实上，1000kV系统中变压器中压侧的电压变化往往都在规定范围内，尽管由第2小节的分析可知采用中性点调压方式可能发生过激磁情况和出现电压偏移问题，但是能够通过合理设计避免这些问题。例如：可以采用电压负反馈回路进行电压补偿，从而实现当中压侧电压改变时，低压侧电压不受影响。实验表明当中压侧电压的调节范围在±5%以内时，低压侧电压变为范围可限制在±1%以内[5]。因此，中性点调压方式不但避免了过高的绝缘水平要求，而且由于调压装置直接安装在公共绕组回路中，分接头中流过的工作电流较小，分接开关容易生产制造且成本低经济性好。综合以上，特高压变压器调压应采用中性点调压方式进行调压，可以避免较高的绝缘水平，而且比较经济。

三、结束语

本文首先对特高压变压器结构进行了分析，然后对比分析了特高压变压器有载调压、无载调压、中压侧线段调压与中性点调压的优缺点，得出以下结论：首先，从原始制作成本及后期运输难易度角度考虑，特高压变压器应采用单相自耦变压器组装而成。其次，特高压的电压等级相对来说较高，从持久性与耐损性方面考虑，无载调压方式无异于是不错的选择。此外，关于调压位置的选择，中性点调压制造材料价格偏低、收益性与成长性较高、故障率偏低，因此中点式调压被更多的运用于特高压变压器中。

参考文献：

[1]孙多.1000kV变压器调压方式选择及运行维护[J].中国电力，2010，（07）：29-33.

[2]江伟，罗毅，涂光瑜.基于多类支持向量机的变压器故障诊断模型[J].水电能源科学，2007，25（1）：52-55.

[3]赵东森，徐育福.特高压变压器调压方式及原理分析[J].湖北电力，2016，（03）：29-33.

[4]吴彤，涂光瑜，罗毅.采用模糊集合论事故树法的变压器故障分析[J].水电能源科学，2008，（01）：177-180.

[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.