摘要：本文分析了特高压变压器选择使用单相自耦变压器的必要性，对特高压变压器的调压补偿方式有载调压和无励磁调压，中压线端调压和中性点调压进行了比较分析，得出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。最后介绍了特高压变压器的差动保护装置对于调压变和补偿变的重要作用。
关键词：特高压变压器；单相自耦变压器；调压补偿
随着经济的发展，现有的超高压输电技术无法满足未来电力增长的需要。因此，远距离、大容量、低损耗的特高压电网电力输送方式成为电网发展的必然方向。变电站的有效运行，以及电力能源的有效输出在很大程度上依赖于变压器的有效运行。伴随着我国电力行业的不断发展，我国电压的不断提升，特高压变压器实际应用范围也变得越来越广泛。
1 选择单相自耦变压器的必要性
电力系统中电压等级越高，要求变压器的绝缘水平越高。特高压变压器的基准绝缘水平（雷电冲击绝缘水平）是1950~2250kV。特高压输电的主要目的在于节约投资和节省运行费用，一次1000kV 线路的输送容量理论上是500kV线路输送容量的4~ 6倍，所以特高压变压器的容量也相应的成倍增加，单相容量超过1000MVA。正是由于特高压变压器的大容量以及绝缘水平高要求，因此变压器的重量和体积必然很大，变压器厂在设计和制造时，就要考虑安装和运输问题。自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。
在自耦变压器的结构中，自耦变压器有效的将调压补偿装置从变压器主体中进行了分离，这样做能够有效地保障变压器的运输安全，保障自耦变压器的运行稳定性以及可靠性，保障变压器的便捷维修。即使自耦变压器在运行过程中出现问题，也能够很快的得到妥善处理。由于其补偿器同变压器主体进行了分离，因此在检查和维修变压器的过程中也不会影响到主变压器的运行。
2 特高压变压器调压补偿方式
2.1 有载调压和无励磁调压方式
变压器的调压方式分为有载调压和无励磁调压两种。
使用有载调压方式会大大增加变压器结构的复杂性和设备造价，并降低设备的运行可靠性。有载调压开关不仅自身带有不可靠因素，如操纵机构、控制回路、灭弧等，同时会带来一系列问题，如损耗、不稳定、绝缘、漏磁及谐振过电压等。据国内外资料统计表明，有载调压开关故障在变压器故障中占很大比例，有载调压变压器的故障率约是普通变压器故障率的4倍，仅有载调压装置自身的故障大概占40 %。所以在电力工程中是否选用有载调压变压器要经过系统论证。采用有载调压方式的国家有德国、日本。
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。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。采用无励磁调压方式的国家有美国、法国。我国500kV变压器有载调压和无励磁调压并存，西北750kV输变电示范工程采用的是无励磁调压方式。
2.2 中压线端调压和中性点调压
单项耦变压器按调压绕组的位置可分为中压线端调压和中性点调压两种。
中压线端调压方式是当调整中压侧电压时，低压侧电压不受影响或受影响小。特高压变压器因变压器中压侧额定电流大，引线粗，当采用线端有载调压时，处理大量引线的绝缘难度很大，高场强区域范围比较大，因此中压侧线端往往成为变压器绝缘的困难点。
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中性点调压方式有很大的优点，调压绕组和调压装置的电压低，绝缘要求低，制造工艺简单、易于实现，整体造价成本低。但也会存在一些问题，当系统电压变化时，如果调整分接位置，那么三侧电压都要随之变化。如果高压侧电压变化大，那么低压侧电压变化也随之加大，有可能会导致低压侧电压无法使用。这种调压方法在我国采用的不多，但在欧洲较为普遍采用。
串联绕组末端调压方式能够避免中性点调压存在的问题，高压侧电压升高，线圈匝数相应地增加，高压侧电压降低，线圈匝数也相应地减少，并能保证中压侧和低压侧电压保持不变。但采用这种方式调压会对调压绕组和有载开关提出更高的绝缘要求。对调压绕组的空间布置、连接方式和其他绕组的分接位置都要进行综合考虑，造价成本高，变压器体积也将增大。
特高压变压器无论是采用中性点调压还是中压线端调压方式，主要是由变压器的自身特点来决定。特高压变压器首先要考虑的是绝缘问题。特高压变压器中压侧的波动变化一般保持在一定的允许范围内，即使中性点调压会出现过激磁和第三绕组电压偏移的异常现象，但通过合理设计，采用电压负反馈回路，对与调压绕组同柱布置的励磁绕组进行电压补偿，也能够实现对中压侧电压的调整，低压侧电压不会受到任何影响。中性点调压方式不但具备调压绕组及调压装置绝缘水平较低的优势，同时由于调压装置连接在公共绕组回路内，分接抽头电流较小，由此使得分接开关制造简单，整体造价成本降低。所以对于特高压变压器来说，采用中性点无励磁调压方式是最好、最有效的方法。
3 调压补偿变压器保护方式中的差动保护
特高压变压器差动保护装置是为调压变和补偿变分别配置相应的差动保护，其电流互感器都可以采用双重化设置。调压变发生时，将引起严重的匝间故障，当变压器主体差动保护配置感受到差流幅值时，就远远超过了差动保护的起动定值。而当调压变短路匝开始持续下降后，其变压器的主体差动保护将不会起动。
特高压变压器通常采用的是中性点无励磁正反调压的方式。其调压方式可以设置9档数值，额定档位设为5档，即1至4档位正档，6-9档为负档。随着调压正负档相互之间的转换，其流通的一次电流也会随之发生明显的变化。当调压装置处在不同的档位时，其调压补偿变的各个绕组参数数据也随之变化，调压变调压绕组、调压变励磁绕组以及补偿变低压励磁绕组和低压补偿绕组等在每个档位当中的额定电流数值都将表现明显的差异。当调压装置出现两个不相同的档位时，其调压变和补偿变的绕组参数数据也随之发生改变。所以，调压变和补偿变差动保护装置在1至9档之间都要具备1套定值，在实际的运用当中，要充分结合调压装置的档位来选择相应定值。
4 结语
综上所述，特高压变压器采用单相自耦变压器有着无可比拟的优势，其调压方式主要是有载调压和无励磁调压方式，中压线端调压和中性点调压方式。对于特高压变压器来说，采用中性点无励磁调压方式是最好的方法。特高压变压器的差动保护装置为调压变和补偿变分贝配置差动保护，能够减少故障的发生率，确保变压器的稳定运行。
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论文作者:赵徽,白凯轩
论文发表刊物:《电力设备》2018年第6期
论文发表时间:2018/6/19
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