1、 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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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
7、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
8、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
9、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
10、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（
11、）（）。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
12、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
13、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
14、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，（）：
15、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