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摘要：本文主要介绍了特高压锡盟站主变压器的结构，阐述了主变压器中单独设置调压补偿变压器的必要性以及调压补偿变压器的优点，比较了调压补偿变压器的两种调压方式，即有载调压和无励磁调压，最后详细分析了调压补偿变压器差动保护的配置、原理和保护校验方法，为特高压变压器的健康稳定运行提供帮助性意见。
关键词：中性点变磁通；无励磁调压；电流差动保护；调压补偿变
0 引言
交流特高压锡盟变电站采用特变电工沈变生产的1000kV自耦变压器，其三相接线组别为YNa0d11，低压侧绕组接成三角形是为了抑制3次谐波，改善电压质量，并可以连接无功补偿设备和站用变压器[1]。变压器为改善调压时造成的低压侧电压波动，设置了补偿绕组对低压侧电压进行补偿，即特高压变压器单独设置了一个调压补偿变，其与主体变通过钢芯铝绞线连接[2]。本文将分析调压补偿变压器的调压方式以及差动保护的配置、原理和保护校验方法，总结了调压补偿变压器多年的运行经验，为后续特高压变压器的健康稳定运行提供帮助性意见。
1 特高压变压器组成
与常规变压器不同，特高压变压器的结构具有特殊性：特高压变压器采用中性点变磁通调压，其分接位置变化会引起低压电压波动，因此设置了补偿绕组来限制该波动。考虑到特高压变压器电压高、容量大，所以其总体外部结构采用独立外置调压变方式，即变压器主体与调压补偿变分箱布置[2]。1000kV特高压变压器由主体变压器和调压补偿变压器2部分独立组成，它们通过钢芯铝绞线连接。主体部分采用不带调压的自耦变压器，调压变压器和低压补偿变压器组装在1个油箱内从而构成调压补偿变压器，低压侧采用三角形接法。调压变压器内包括无励磁分接开关、调压绕组和补偿绕组，其中无励磁分接开关和调压绕组实现中性点无励磁调压功能，补偿绕组实现低压绕组附加电压补偿功能。调压变励磁线圈EV与主体变低压线圈LV并联给调压变励磁；补偿变励磁线圈LE与调压变调压线圈TV并联给补偿变励磁；调压补偿变补偿线圈LT与主体变低压线圈LV串联对低压侧电压进行补偿，特高压主变及调补变线圈接线如图1所示。采用这种结构，使得特高压变压器的运输更为方便，并且其主铁芯磁路变得相对简单，简化了特高压变压器本体绝缘结构，如果调压装置在运行的过程中发生故障，更易检修和更换[3]。
图1 特高压主变及调补变线圈接线图
2 调压补偿变调压方式介绍
常规500kV自耦变压器大都采取中压线端调压，调压引线和调压开关的电压水平为220kV。而1000kV主变压器的中压线端为500kV，如果采用中压线端调压，调压引线和调压开关的电压水平将为500kV，这样不仅给产品的设计、制造造成极大困难，而且由于该方式下所需的绝缘技术难度极高，会不利于产品的安全运行。因此，1000kV主变压器采用了中压末端，即中性点调压的调压方式。中性点调压不同于线端调压，采用的是变磁通调压方式，在该方式下进行调压时，不仅中压端电压会发生变化，并且当磁通发生变化时，低压绕组电压也会产生波动。考虑到无功补偿装置也接在低压端，若低压绕组电压发生波动，那么无功补偿装置对于无功的控制将会更为复杂。因此，为了补偿调压过程中低压绕组的电压波动，还需要设置补偿绕组[4]。
特高压变压器把调压补偿变压器单独从主体变压器中分离出来的优势在于方便了设备的运输，而且在调压部分出现问题时，调补变可以与主体变分离，不会影响主体变的运行，保证了主变运行的可靠性和安全性[5]。
变压器调压方式主要有２种即有载调压和无励磁调压。有载调压可以在变压器带负载时，自动或手动进行分接位置的切换。因为切换是在瞬间完成的，所以不会影响正常的运行，也就是说，有载调压能够在一次侧、二次侧都不用停电的情况下进行调压。无励磁调压是指在一次侧和二次侧都断电，且隔离开关均断开时，即确保变压器在无电的情况下，调整分接位置进行调压。采用有载调压方式的变压器造价高，结构复杂。查阅国内外资料获知，变压器故障中有载调压装置故障占很大的比重，有载调压装置故障率大约是无励磁调压装置故障率的4倍，并且有载调压装置在冷却、绝缘、灭弧、漏磁、动稳定性、热稳定性、操纵机构和谐振过电压等各方面均存在不可靠因素[5]。因此，从可靠性、安全性及经济性等方面考虑，特高压变压器应采用无励磁调压方式。
另外，特高压变压器多采用中性点无励磁变磁通调压方式，其最大优点在于调压引线和调压开关电压水平低，绝缘要求降低，制造工艺较简单，整体造价降低[6]。1000kV主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，其低压侧输出电压将随分接位置的变化而变化。其变化率最大将超过±5%，这是系统运行所不允许的，为了控制这种变化，采用低压补偿绕组来补偿低压侧电压，使低压侧输出电压偏差控制在1%以内。所以特高压变压器采用中性点无励磁变磁通调压方式是比较合理的。
3 调压补偿变差动保护
3.1差动保护配置介绍
特高压变压器分为主体变压器和调压补偿变压器两部分，调压变压器和补偿变压器相对整个变压器而言，其匝数很少，调压变和补偿变匝间的电压相对于主体变压器来说也很小，当调压变压器或者补偿变压器发生25%的匝间故障(这种匝间故障对于调压变或者补偿变来说是非常严重的内部故障)，但折算到主体变压器来看的话是很轻微的，变压器主体变差动保护接收到的差流幅值刚刚超过差动保护起动定值，保护范围为整个变压器的变压器差动保护很难在这种情况下动作。当调压变短路匝比下降之后，主体变差动保护甚至不能够起动，因此，为使主变保护及时可靠动作，必须为调压变和补偿变单独配置差动保护，以提高调压变和补偿变发生匝间故障时的灵敏度。另外，由于单独配置的调压变和补偿变的差动保护主要是为了提高轻微故障时的保护灵敏度，所以就没有配置对应的调补变差动速断保护。
调压补偿变差动保护装置为双重化配置，即配置了两个厂家的保护装置，每套装置内有调压变差动与补偿变差动两种保护。为使保护更加灵敏，调压补偿变保护装置设置了9个定值区，分别对主变运行在1～9档时各绕组一次额定电流、电压、变比等参数进行整定，在主变调档后，应及时将保护装置的定值区切换到对应位置。
锡盟站主变压器线圈和电流互感器接线及极性如图2所示，电流互感器仅TA8反接，其余全为正接。调压补偿变差动保护电流分别取自电流互感器TA5、TA6、TA7、TA8，其中，调压变差动保护电流取自TA5、TA6、TA7，补偿变差动保护电流取自TA6、TA8，电流互感器TA6为调压变差动保护、补偿变差动保护共用电流互感器。
主变压器线圈和电流互感器接线及极性如图2所示，当调压变档位为1～4档时，调压变差流要满足式(1)；当调压变档位为6～9档时，调压变差流要满足式(2)。当调压变档位为1～9档时，补偿变差流都要满足式(3)。可见TA6既参与了调压变差动计算，又参与了补偿变差动计算，为两个差动保护共用的电流互感器。
另外，当调压变位于1～4档时，调压绕组极性为正，当调压变位于6～9档时，调压绕组极性为负，即调压变内流过TA5与TA6的电流方向会随着调压变正负极性档位的切换而变化，此时如不采取任何措施的话，当主变压器运行在6～9档时将引起调补变差动保护误动跳闸。
以南瑞继保生产的PCS-978保护为例，保护装置中有两个定值，即中间档位5档和实际运行档位。当实际运行档位定值小于中间档位定值时（K掷于 S1 处），当实际运行档位定值大于中间档位定值时（K 掷于S2处），调压变的原边极性颠倒，在 TA7 电缆极性不改变的情况下，装置若不做逻辑处理，调压变原副边一次电流平衡时，装置会得出两倍的差流。因此当实际运行档位定值大于中间档位定值时，保护装置逻辑会自动将TA7的电流取反，这样就不用人为改变TA7极性了，保护也就不会误动了。
3.3差动保护校验方法
3.3.1调压变差动保护校验方法
调压补偿变可以认为是两台 Y-Y 型接线的双边变压器，不涉及到角度转换，原理很简单。当调压装置在正极性档(1～4档)时，当加入TA5(或TA6)与TA7同方向的电流时，若装置显示调压变差流几乎为0，则可证明保护装置调压变差动保护极性满足调压变差动电流平衡式(1)；当调压装置在正极性档(6～9档)时，当加入TA5(或TA6)与TA7反方向的电流时，若装置显示调压变差流几乎为0，则可证明保护装置调压变差动保护极性满足调压变差动电流平衡式(2)。
当调压变位于额定档位5档时，分为两种情况分析。南瑞继保的PCS-978C-UB保护装置的TA5、TA6 、TA7电流参与调压差动保护差流计算，同1～4档时的情况，满足调压变差动电流平衡式(1)。另一套保护装置的TA5、TA6电流不参与调压差动保护差流计算，差流直接反应TA7的电流，当差流大于最小动作电流值时，调压变差动保护动作。校验时加入TA5、TA6电流时，装置显示电流值为0，此时调压变差动电流平衡式在5档时将不存在，也不存在比率差动保护。调压变差动采集TA7的电流来实现对调压变的保护，只要TA7电流大于差动电流最小整定值时，就会跳开主变压器三侧断路器，以实现对变压器的保护。
3.3.2补偿变差动保护校验方法
补偿变差动保护选取的电流互感器是TA6、TA8，调压档位的调节不会对补偿变保护造成影响， TA6、TA8的绕组极性不会受档位变化的影响。当加入TA6与TA8反方向的电流时，装置显示调压变差流几乎为0，则可证明保护装置补偿变差动保护极性满足补偿变差动电流平衡式(3)。
4 结论
特高压锡盟变电站主变压器设置独立的调压补偿变压器，引入补偿绕组来稳定低压侧电压，有助于提高特高压变压器的运行的可靠性。特高压主变采用中性点无励磁变磁通调压方式精简了变压器结构，缩小了变压器的尺寸，通过相应的保护配置降低了变压器故障率。根据主变压器在9个不同档位运行的情况，调压补偿变保护装置设置了9个定值区，分别按照1～9档运行参数进行整定，保护装置通过内部逻辑修改电流互感器电流极性，降低了现场接线的难度，有效地防止保护误动的发生。从多年实际运行情况可知，调压补偿变的差动保护已经很成熟了，完全能够满足特高压主变压器的实际运行要求。
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作者简介：
张振伟（1992－），男（满族），黑龙江省海伦市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理工程师，主要从事特高压变电站二次保护的运行维护及检修工作。
郭凯（1978－），男（汉族），黑龙江省齐齐哈尔市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，工程师，主要从事特高压变电站运行方面的管理及研究工作。
张旖珊（1992－），女（汉族），河南省南阳市，单位：国网内蒙古东部电力有限公司检修分公司，助理工程师，主要从事特高压变电站二次保护的运行维护及检修工作。
马国威（1988－），男（汉族），江苏省南京市，南京南瑞继保华北工程部，博士，单位：南京南瑞继保工程技术有限公司，主要从事保护装置调试及设计工作。
论文作者:张振伟1,郭凯1,张旖珊1,马国威2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/12
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