浅析特高压变压器以及调压补偿变压器的工作原理

浅析特高压变压器以及调压补偿变压器的工作原理

蔡亮  

身份证号码370902198010270613   中国  山东

摘要：本文首先介绍了特高压变压器的结构以及调压方式，其次介绍了特高压变压器几种差动保护配置方案：分相差动保护、稳态比例差动保护、分侧差动保护、零序差动保护。最后介绍了调压补偿变压器的原理，以供参考。

关键词：特高压变压器；调压方式；差动保护；调压补偿原理

特高压输电技术在提高电网的安全稳定运行的同时还提高了输送容量，增加了输电距离，解决了输电线路走廊用地等问题，具有明显的经济效益。变压器作为变电站的重要设备，要切实有效地强化变压器运行效率。

1特高压变压器的结构

一般特高压变电站都是采用1000kv的自耦变压器，该变压器类型主要是由主体变压器和调压补偿变压器两部分组合而成，主要是借助硬铜母来实现有效的连接。其中的调压补偿变压器具体是由低压补偿变压器和调压变压器两者组成，其共有一个动力油箱。并且调压补偿变压器本身的励磁线圈还和主体变压器的低压线圈具备一定的联系，而低压补偿变压器的励磁线圈则和调压变压器的线圈相互并联；调压补偿变压器内部的补偿线圈和主体变压器内部的低压线圈同步串联。

2特高压变压器的调压方式

按调压方式分为有载调压和无励磁调压。使用有载调压方式在很大程度上会增加变压器结构的复杂性以及设备制造成本，并且会降低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完成任务。因此，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。

按调压绕组位置，可分为中压线端调压、中性点调压。特高压变压器更多的都是采取中性点调压的方式来进行，这种调压方式本身的优点非常明显，具体表现在调压绕组和调压装置等方面，因此对其绝缘的要求相对较大，在工艺制造上较为简单，整体上的造价都非常低。尽管中性点调压方式会产生激磁和第3绕组的电压偏移情况，但是因为特高压变压器当中应用了电压负反馈回路，所以和调压绕组同柱的励磁绕组实现了电压补偿，其在电调压的过程当中，并不会受到低压侧电压的直接影响。即便是在实际的运行当中，调压测电压本身的调节幅度也不会超过5%以上，所以能够充分有效地保障其低压侧电压变化处于1%以下。

3特高压变压器差动保护配置方案

变压器制造完成后，在交付使用前需要完成变压器的安装工作，可以说变压器安全工作是变压器生产过程中最后一道工序，安装完成后，变压器才能投入运行。所以我们必须重视并精心做好变压器的安装工作。同时应进行变压器出厂前的监造工作，加强业主对自己设备的了解程度，遇到问题及时汇报以便上级部门做出正确决策，坚决不让变压器带病出厂。

特高压变压器差动保护配置方案主要有4种。

（1）分项差动保护

其原理是将变压器的各相绕组作为分相差动保护的对象，分别由各侧的电流互感器构成，原理简单可靠，作用于相间故障，动作速度快。分相差动保护不会受到整个系统非全相运行、震荡的干扰，能够呈现出不同种类的故障。

（2）稳态比例差动保护

特高压变压器采用调压变压器与补偿变压器的三侧母线上的差动保护都属于稳态比例差动保护的范畴。根据变压器两侧的电流方向的变化、电流强弱的变化实现差动保护。

（3）分侧差动保护

分侧差动保护主要有两个特征：一是不管励磁涌流出自变压器的何处，想要电流保持稳定平衡，其电流都必须经过该侧差动保护的两组TA。基于这样的特点，在运行过程中完全不用考虑励磁涌流对分侧差动保护产生的作用。二是假定在分侧差动保护的电流互感器二次侧均用星形的连接方式，就可以有效地提高单相接地短路故障及相间短路故障的灵敏性。

（4）零序差动保护

在变压器遇到单相短路时，零序电流不会受到任何干扰，所以接地故障的测量一般使用零序保护；由于零序差动保护工作原理以及配置结构简单，因此动作的正确率较高。当电网零序网络处于持续稳定的状态时，零序保护配置能够在一个相对稳定的范围内提供保护支持。

4调压补偿变压器的原理

4.1中压侧线端调压原理

中压侧线端调压方式是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。

4.2中性点调压原理

中性点调压方式有着很大的优点。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。

4.3低压绕组调压补偿原理

特高压变压器采用中性点调压方式比较合理。采用中性点调压方式使自耦变压器与调压变压器分体布置，提高了变压器运行的灵活性。特高压变压器按自耦变芯柱容量主要分为三柱结构和双柱结构。

电压调压补偿原理是采用电压负反馈回路，对与调压绕组同柱的励磁绕组进行电压补偿。主变的中压侧为电源侧，通过改变调压绕组的匝数，使得高压侧的感应电压基本保持不变，低压绕组通过负反馈回路进行补偿，确保低压电压恒定。

无励磁调压开关共9档，采用正反调，1到9分接等差递减。

三芯柱结构主变调压原理是当中压侧系统电压高于额定值时，分接头在1-4档（随电压升高降低档位），调压绕组与公共绕组绕向相同。此时加在调压绕组上的电压与系统电压方向相同，由于调压绕组的分压，造成公共绕组上的电压降低。当中压侧电压低于额定值时，分接头在6-9档，其极性端和档位在1-4档时正好相反，补偿绕组感应出和低压绕组反方向的电压进行补偿，使低压侧电压也基本保持在额定值。

双芯柱结构与三芯柱结构调压原理基本相同，主要不同是在调压励磁绕组接线上。三芯柱调压励磁绕组与低压绕组并联，可称为是半励磁补偿调压，而双芯柱的低压绕组和补偿绕组串联后再与调压励磁绕组并联，可称为是全励磁补偿调压。全励磁补偿调压方式，调压变的励磁电压是经过补偿后更为准确的低压侧电压，使得调压过程波动性更小，补偿电压作用更为灵敏，同时又使低压侧电压更好的保持在额定电压（线电压）左右。

5结语

综上所述，特高压变压器的结构复杂，容量大，给生产生活带来巨大的经济效益，因此必须重视特高压变压器的维护。通常特高压变压器采用中性点无励磁调压方式，对于调压补偿具有更好的效果。其差动保护配置方案复杂，必须根据实际情况合理选用。调压补偿变压器的原理复杂，需要工作人员积累工作经验，才能熟练运用。

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