摘要：本文以1000kV交流变磁通结构的中性点无载调变压器为例，对特高压交流变压器的绕组结构、CT配置情况进行了介绍说明，提出了一种新型的校验特高压变压器CT极性的方法，并对调压变及补偿变差动保护基本原理进行了分析。
关键词：特高压变压器；CT极性；差动保护
Abstract：Based on the structure of the 1000 kv ac variable flux neutral no-load transformer as an example, the uhv ac transformer winding structure, introduces the circumstances of CT, this paper proposes a new method of CT polarity checking uhv transformer, and the voltage regulation and compensation change basic principle of the differential protection is analyzed.
Key words: Ultra-high voltage transformer；CT polarity；Differential Protection
Characteristic analysis of 1000 kV ultra-high voltage transformer
Zhai Xiangpeng,Qu hongtao,Wang yaqiang
(State Grid Hebei Electric Power Maintenance Branch ,Shijiazhuang 050071)
0 引言
特高压交流输变电技术是我国实现远距离大容量输电，引领能源革命的关键性技术。作为特工压工程中的关键设备，特高压变压器与常规变电站分相自耦变压器相比具有电压等级高、传输容量大、绕组结构复杂等特点。特高压变压器按调压方式可分为有载调压及无载调压方式，就目前建成投运的1000kV特高压交流变压器而言，多采用中性点无载调压方式[1,2]。
特高压主变中性点调压方式决定，当变压器调整电压时主变低压侧电压随之变化，使得变低压侧无功补偿设备的控制方式变得复杂。为了避免低压侧电压在主变调压时波动，引入调压补偿变压器。调压补偿变与主体变相互独立，在工程中两者独立布置并通过引线进行连接。
1 特高压变压器结构分析
根据变压器调压励磁绕组的接入方式不同，调压补偿变一般分为两种：一种是调压变励磁绕组与主体变低压侧绕组及补偿变绕组并联连接，也称为恒磁通型结构；一种是调压变励磁绕组仅与主体变低压侧绕组并联连接，也称为变磁通型结构。两者调压变励磁绕组的电压抽取方式不同，作用相同[3]。下面以特高压1000kV变磁通结构的中性点无励磁调变压器为例，说明其结构并对其调压补偿原理进行分析。
图1 特高压变压器绕组结构示意
如图1所示，SV为高压绕组，CV为中压绕组，LV为低压绕组，TV为调压变调压绕组，EV为调压变励磁绕组，LE为补偿变励磁绕组，LT为补偿变补偿绕组。TV、EV绕组构成调压变绕组，其中K表示调压变档位，一般共有9档，S1—S2为调压变调压分接头。在进行变压器调压时，档位K可从S1依次变化至S2，对应档位从1变化到9。当档位处于1~4档时，主变正调压，1档处主变中压侧电压最高，可达1.05Un。6~9档时，主变负调压，9档处主变中压侧电压最低，为0.95Un。当档位处于5档时，主变不调压，中压侧电压为额定电压Un，此时调压变调压绕组TV中流过的电流为零，调压变励磁绕组EV上的感应电动势也为零。LE、LT绕组构成补偿变绕组，在主变调压时起到补偿低压绕组LV电压的作用。
当系统电压发生变化需要进行主变调压时，可改变调压变档位从而改变中压侧对地中性点之间绕组匝数，中压侧电压随之变比。由于特高压变压器各个铁芯绕组之间的电磁耦合关系，高压侧对地电压保持恒定，主变各绕组单匝电压相同。档位K处于1~4档时，调压绕组电压为正，与公共绕组电压方向相同，中压侧电压升高，公共绕组电压降低，低压侧绕组电压也降低，补偿绕组对低压绕组降低的电压进行补偿，使低压侧电压Uax基本保持恒定。档位K处于6~9档时，调压绕组电压为负，与公共绕组电压方向相反，中压侧电压降低，低压绕组电压升高，补偿绕组的补偿电压使得低压侧电压Uax基本不变。
渝横—潍坊交流特高压工程某变电站使用1000kV自耦无载调压式变压器，额定容量1000/1000/334MVA，额定电压1050/
/525/
4×1.25%/110kV。当变压器调压档位变化，经调压补偿后的主变高压侧电压恒定，中压侧电压变化范围在+4.68%~-5.15%之间，低压侧电压变化范围在+0.036%~-0.04%之间，基本保持不变。
2 特高压变压器CT极性校验
CT（电流互感器）是根据电磁感应原理，在电气设备中将一次电流传变到二次用于保护、测量等用途的元件。特高压变压器主体变和调补变各侧套管配置不同特性的CT，用于测量、保护、录波、等用途[4]。各侧电流互感器均采用星形接线，二次电流直接接入装置，施工安装时各侧CT极性都以母线侧为极性端，即流入变压器为正极性。
变压器CT极性校验工作是主变设备安装完毕后必不可少的一个测试环节，是验证变压器一次设备安装正确、二次回路接线完好的重要检测手段[5]。对于变压器纵联电流差动保护用CT，投运前则必须对差动各侧CT极性进行校验，以满足差动计算条件。特高压变压器本体套管CT较多，分别单独校验费时费力，工程现场可以合理搭接测试回路，通过点极性的方式完成校验工作，下面介绍一种校验方法。
图2 特高压变压器CT校验示意
图2中实线部分表示变压器单相的绕组结构及CT配置，TV、EV绕组构成调压变绕组，可按档位实现调压。虚线部分为测试连接线，其中中压侧对地短接，低压侧两分支短接并接地，高压侧对地之间连接方便通断的10V直流电源。校验时用通断直流电源的方式，给予变压器绕组瞬间的励磁电流，由于中压侧、低压侧已对地短接负载为零，各侧CT可感应出相应电流。在CT二次侧接入高精度指针电流表，观察指针偏向，便可验证CT极性正确性。
表2 CT极性校验表
测试方法用由简单的导线和测试仪器搭接而成，可以方便地测量变压器本体各侧套管CT极性，并进行对比验证。表2为正确校验方式下变压器各侧绕组CT极性的校验结果，工程现场可以此作为参照。值得注意的是，调压档位为5档时，补偿角侧绕组感应电流为零，极性校验时CT7二次侧指针表指示为零。
3 特高压主变保护配置
特高压变压器在结构上分为彼此独立的主体变及调补变，在进行保护配置时应考虑变压器结构特点，与500kV自耦变压器类似，配置能反映变压器内部各种故障的电流差动保护以及后备保护。此外，由于调补变容量远小于主体变，为提高调补变绕组匝间故障时的灵敏度，必须单独配置调压变电流差动保护及补偿变电流差动保护。同时，调压补偿变在变压器空投时会产生较大的励磁涌流，为防止误动，电流差动保护一般只配置纵联差动及工频变化量差动而不配置差动速断[6]。
如图2所示，调压变差动保护所用电流互感器由CT5、CT6、CT7组成，用于反映调压变内各种相间故障、接地故障以及匝间故障。保护规定电流以流入调压变为正，差动电流计算公式为
表示，
表示调压变星侧绕组电流，
表示调压变角侧绕组电流。在进行差动计算时，构成调压变各侧电流按平衡系数归算至一侧进行计算。值得说明的是，由于变压器档位变化时，调压变星侧绕组和角侧绕组额定电流发生变化，调压变保护相应参数定值变化，保护装置须按档位设定相应定值区，在主变更换档位后将调补变保护切换至相应定值区。此外，变压器档位处于1~4档或处于6~9档时补偿变角侧绕组电流极性发生变化，调压变差动保护在软件内部需要对其进行极性调整。
补偿变差动保护能够反映补偿变星侧及角侧绕组各种故障，所用电流互感器由CT6、CT8组成，因此补偿变差动电流计算公式可表示为
。变压器正常运行时，补偿变各侧绕组电流方向均以图2中极性端方向流入，且变压器档位调整对补偿变各侧CT极性没有影响。工程实际应用中应注意保护规定电流方向是否与实际电流方向一致。
4 总结
自2008年晋东南—南阳—荆门特高压交流输变电工程建成投运以来，我国逐渐形成了“三纵三横一环网”的特高压电网骨干网架，为我国解决能源分布不均，防治大气污染，实现大规模资源优化配置起到良好作用。特高压变电站变压器与传统分相自耦式变压器存着较大差异，本文从特高压变压器的特殊结构入手，分析了变压器绕组结构以及变压器各侧CT配置情况，介绍了一种新型的CT极性校对方法，并对调压补偿变压器差动保护原理做了相应说明。
参考文献：
[1] 邓茂军,孙振文.1000kV特高压变压器保护方案[J].电力系统自动化,2015,39(10):168-173.
[2] 邵德军.大型变压器暂态机理与保护新原理研究[D].华中科技大学,2009.
[3] 高文彪,赵宇亭.特高压变压器两种调压方法及调压补偿变保护浅析[J].变压器,2013,50(1):38-41.
[4] 费薇，彭世建.浅析1000kV变压器保护的极性问题[J]湖北电力,2009,33(12):42-45.
[5] 廖峰，徐聪颖.500kV自耦变压器CT极性测试方法及其应用[J]电子测试,2014,32(1):113-114.
[6] 陈继瑞,邓茂军.1000kV特高压调压补偿变压器保护方案[J].电力系统及自动化,2016 ,40(14):110-113.
论文作者:翟相鹏,渠红涛,王亚强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：绕组论文; 变压器论文; 电压论文; 极性论文; 档位论文; 特高压论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第33期论文;