1000_kV特高压主变结构原理及其保护配置浅析_任宾.pdf

特高压主变结构原理及其保护配置浅析任宾，肖迈（国网江苏省电力有限公司超高压分公司，江苏 南京 ）摘要：特高压变压器采用调压变与补偿变共体、主体变与调压补偿变相互独立的结构，变压器电压等级高、结构复杂。以 泰州换流站为例，分析主变主体变及调压补偿变结构原理及其保护配置，研究调压补偿变保护不同档位时的差流计算方法和 极性问题，通过现场计算得出调压变、补偿变各侧平衡系数和电流数值，经模拟试验得出调压变和补偿变不同档位下的极性结果。关键词：特高压；调压变；补偿变；差动保护中图分类号：，（，）：，：；收稿日期：作者简介：任宾（），研究方向为继电保护；肖迈（），研究方向为继电保护。引言特高压交直流输变电技术的发展实现了大功率负荷远距离输电，促进了国家能源资源优化配置，对“低碳”经济发展起着重要作用。特高压主变低压侧大量的无功设备会使系统电压波动，导致低压侧无功功率的调控变得异常复杂。因此，交流特高压变压器采用调压变与补偿变共体、主体变与调压补偿变相互独立的结构配合实现电压的调节和补偿。主体变容量大、体积大、电压等级高，调补变结构复杂，各个绕组间有着多重的电与磁的联系。保护方面除了本体差动保护外，还要考虑配置调压变和补偿变差动保护，且调压过程中不同档位的变化对调补变保护差流的计算和 极性也有着影响。本文以 泰州换流站为例，分析主变主体变及调压补偿变结构原理及其保护配置，研究调压补偿变保护不同档位时的差流计算方法和 极性问题，通过现场计算得出调压变、补偿变各侧平衡系数和电流数值，经模拟试验得出调压变和补偿变不同档位下的极性结果，为后续特高压主变保护调试、验收提供依据。特高压调压补偿变结构及调压原理分析 调压补偿变结构分析特高压泰州换流站采用调压变与补偿变共体、主体变与调压补偿变相互独立的结构，变压器总体外部结构采用独立外置调压变方式，即自耦变与调压补偿变分箱布置，自耦变和调压补偿变之间通过管路母线连接。图为特高压变压器的结构原理图。其中，为串联绕组，为公共绕组，为低压绕组，构成了变压器的本体变。为励磁绕组（调压变副边），为调压绕组（调压变原边），为低压励磁绕组（补偿边原边），为低压补偿绕组（补偿变副变），构成了调压补偿变。为主体变高压线圈端子，为主体变中压线圈端子，和 为调压线圈端子，和 为主体变低压线圈端子，为调压励磁线圈端子，为补偿变线圈 端 子，为补偿励磁线圈端子，为中性点接地点。低压绕组首端（）与调压变调压励磁绕组（）首端连接后共电力自动化电工技术 同接至低压相母线，主体变低压绕组末端（）与补偿变补偿绕组始端（）串联，补偿绕组尾部（）引至低压相母线。主体变中压绕组末端（）与调压绕组始端（）及补偿变补偿励磁绕组始端（）联接，调压绕组末端与补偿励磁绕组末端共同引至中性点 。图 特高压调压补偿变结构原理图 无载调压原理分析特高压电压等级高，采用线端调压方式时，调压装置的绝缘水平要求很高，其可靠性难以保证，因此特高压变压器采用中性点调压方式。中性点调压为变磁通调压，在系统电压变化时，若调整分接位置，则三侧电压均要随之变化，有可能会使低压侧电压波动过大无法使用。为保证低压电压恒定，在调压变压器中设置补偿变，用于补偿低压电压的波动。根据电压关系，可得高、中、低压侧相电压为：（）（）（）、有电磁耦合，、每匝线圈的感应电动势相同；、有电磁耦合，每匝线圈感应电动势相同；、有电磁耦合，每匝线圈感应电动势相同。根据电磁耦合关系，可以得出：（）式中，、分别为、中每匝电势；为高压侧额定电压。则高、中、低压侧相电压、为：（）根据式（）（），可以得出其调压原理：升高时，调压变分接头在档，主体变 末端正向串联调压变，调压变 电势大小和方向与主体变 相同，补偿变 电势大小和方向与调压变 相同，补偿变 与主体变 正向串联，电势方向相同，主变低压侧电势 。高压侧电压不变，增大（线圈增多，但匝电势减小，和 减小），和 减小，中压侧电压增大，减小（与 和 是同一铁芯），增大，反向增大，使得低压侧电压 不变。同理，当分接头在档，其极性端和档位在时正好相反，调压变反向调档时，高压侧电压不变，反向增大（线圈增多，但匝电势减小，和 减小），和 变大，中压侧电压减小，变大（与 和 是同一铁芯），增大（与 同方向），增大（与 反方向），使得低压侧电压 不变。调压补偿变保护配置及差流计算 调压补偿变保护配置就保护原理来说，调压补偿变差动保护可以等效为台 形变的差动保护，但由于调压变与补偿变差动保护共用 ，且在调压变调压过程中流过调压变 的电流方向会发生改变，给保护的配置带来一定的难度。图为泰州换流站主变间隔一次接线示意图，表给出了调压补偿变保护 配置及变比极性。图泰州换流站主变一次接线示意图表调压补偿变保护 配置表名称绕组 编号绕组标记准确级用途变比极性主变中性点套管（）调压变保护差动 正 调压变保护差动 正调压变套管（）调压变保护差动 正 调压变保护差动 正补偿变套管（）补偿变保护差动 反 补偿变保护差动 反补偿变套管 （）调压变保护差动、补偿变保护差动 正 调压变保护差动、补偿变保护差动 正注：主变套管 均为 指向套管头，其中 与主变低压汇流母线相连，与主变中性点相接。电工技术电力自动化 调压补偿变保护差流计算 调压变保护差流计算调压变、补偿变 配置及差动计算原理图如图所示。调压变档位在时，规定以流进调压变电流为正，当电流从调压变原边流进时，电流从副边同名端流出，则 （假设 、电流已归算至原边）。则差流计算公式为：（）当调压变档位在时，调压变原边同名端改变，电流从调压变原边流进，从副边接地端流出，因此三侧 电流关系为 （）（），此时差流计算公式为：（）图调压变、补偿变 配置及差动计算原理图 补偿变保护差流计算补偿变原、副边极性相反电流从调压变原边流进，从副边流入，因此三侧 电流关系为 。差流计算公式为：（）现场实际计算 调压变各侧平衡系数和电流计算调压变以调压变角侧 （调压变副边）电流为基准电流，即调压变角侧平衡系数为：（）此时，调压变星侧公共绕组 平衡系数为：（调压变三角额定电流星侧公共绕组 变比）（调压变星侧额定电流角侧 变比）（）；补偿变星侧 （补偿变原边）平衡系数为：（调压变三角额定电流补偿变星侧 变比）（调压变星侧额定电流 角侧 变比）（）（）。调压变在不同分接头时，平衡系数也不同。试验时各侧加入幅值、相位相同电流，在不同的保护定值区，保护装置算出的差流也不同。补偿变各侧平衡系数和电流计算补偿变以补偿变星侧 （补偿变原边）电流为基准电流，即补偿变星侧平衡系数为：（）补偿变角侧 平衡系数为：（补偿变角侧 的 变比）（补偿变星侧 变比补偿变变比）（）。调压变、补偿变极性校验根据以上计算结果，分别模拟调压变、补偿变不同档位下的极性试验，结果见表。表调压变档（正极性档）的试验结果表加流侧加入电流装置电流装置差流 表 补偿变档（正极性档）的试验结果表加流侧加入电流装置电流装置差流 表调压变档（负极性档）的试验结果表加流侧加入电流装置电流装置差流 表补偿变档（负极性档）的试验结果表加流侧加入电流装置电流装置差流 综合以上测试结果可以看出，补偿变各绕组在不同档位时电流大小、极性都不发生变化；调压变在正极性和负极性档 的极性相反，均满足差流计算公式（）（）。结语本文以泰州换流站变压器为例，分析了特高压主变主体变及调压补偿变结构原理及其保护配置，研究了调压补偿变保护不同档位时的差流计算方法和 极性问题，通过现场计算得出调压变、补偿变各侧平衡系数和电流数值，通过实际模拟试验验证了调压变和补偿变不同档位下（下转第 页）电力自动化电工技术 故障杆塔为 塔，之间故障杆塔为 塔。现场运维人员在接收到行波故障监测装置信号后迅速赶往 塔和 塔，发现 塔出现微弱放电现象，塔出现明显放电现象。雷电落雷情况某日，监测系统启动，系统速断保护跳闸，此时全线停电，雷雨天气，判定此次故障为永久性短路故障，线路基本故障情况为雷击故障，且在 内发生多次闪络，如图所示。图故障时行波情况通过高频暂态行波情况得出，在 区间内行波时间差为，在 区间内行波时间差为，将上述时间差和行波监测终端之间的距离代入式（）（），可以得出 之间故障杆塔为 塔，之间故障杆塔为 塔。现场运维人员在接收到行波故障监测装置信号后迅速赶往 区间，发现该区间内沿线线路绝缘子均有不同程度的闪络与损伤。结语 线路中性点采用消弧线圈接地方式，相比中性点直接接地方式，可大大抑制中性点电压偏移。现阶段 大部分线路采用的过流保护和速断保护没法进行故障点精确定位；极少线路采用阻抗法及行波法精确定位故障，其中阻抗法受到线路结构及系统供电方式的影响，而行波法故障测距具有明显优势。行波法故障测距可实现复杂线路的多故障点精确定位，且可实现接地点与故障跳闸点的精确判定，从而提升了线路运维水平。参考文献 朱云华，艾芊，陆锋 电力电缆故障测距综述 继电器，（）：钱伯 章，李敏能 源 市 场 处 于 转 型 期，长 期 转 变 正 在 进 行中 年世界能源统计年鉴解读 中国石油和化工经济分析，（）：许珉，杨艳伟，申克运，等 基于小波变换的电缆短距离开路故障测距 电力系统保护与控制，（）：张闻勤，江千军，李武龙新能源电力系统振荡问题的广域协调控制方法 电气传动，（）：许珉，白春涛，秦毅男，等电力电缆故障低压脉冲自动测距方法电力系统保护与控制，（）：高淑萍，索南加乐，宋国兵，等基于分布参数模型的直流输电线路故障测距方法中国电机工程学报，（）：金增杰，卫永琴，张琦，等电缆故障测距的模型仿真与系统设计 电气传动：束洪春，田鑫萃，杨毅，等利用故障特征频带和 变换的电缆单端行波测距中国电机工程报，（）：王小彪，刘聪柏，庞丹，等基于的电弧反射电缆故障测距脉冲信 号 提 取 方 法 电子技术与软件工程，（）：蒋海峰，张曼，赵斌炎，等基于改进 变换的电网故障诊断电工技术学报，（）：曹朔，李恭斌，于海龙，等风电场集电线路行波故障测距及行波衰减研究电工技术，（）：（上接第 页）的极性结果，可为之后的特高压主变主体变及调压补偿变定校、验收提供帮助。参考文献 舒印彪，张文亮 特高压输电若干关键技术研究 中国电机工程学报，（）：刘振亚 特高压交直流电网 北京：中国电力出版社，刘振亚特高压交流输电技术研究成果专辑北京：中国电力出版社，刘宇特高压变压器主保护及工程应用研究北京：华北电力大学，陈继瑞，邓茂军，樊占峰，等 特高压调压补偿变压器保护方案 电力系统自动化，（）：邓茂军，孙振文，马和科，等 特高压变压器保护方案电力系统自动化，（）：孙多 变压器调压方式选择及运行维护 中国电力，（）：郑涛，陆格野，黄婷，等特高压有载调压变压器差动保护自适应算法 电工技术学报，（）：郭慧浩，付锡年 特高压变压器调压方式的探讨 高电压技术，（）：赵宏飞，陈晓贵，张郭晶，等特高压变压器调压补偿方法对比分析中国电力，（）：邵德军，尹项根，张哲，等特高压变压器差动保护动态模拟试验研究 高电压技术，（）：电工技术系统解决方案