超高压自耦变压器调压方式分析

孟丽坤

摘要：超高压自耦变压器是输电系统中的重要设备，已广泛应用于输变电系统，其调整电压的能力和质量直接影响到系统的安全平稳运行。选择合理、可靠的调压方式对变压器的安全运行尤为重要。

关键词：超高压;自耦变压器;调压方式;调压位置;分接开关

引言

自耦变压器又称作联络变压器是输电系统中的重要设备，其调整电压的能力和质量直接影响到系统的安全平稳运行。目前，超高压自耦变压器已广泛应用于输变电系统，本文对超高压自耦变压器的不同调压方式、调压位置进行比较论述，以便于读者合理选择超高压自耦变压器调压方式。

1.超高压自耦变压器的特点

自耦变压器的一次、二次绕组之间即有磁的耦合，还有电的联系。具有如下特点[1]：

（1）计算容量小于额定容量，在同样的额定容量下，自耦变压器比普通电力变压器使用的硅钢片、铜线等主要材料少，成本低、体积小。

（2）在同样的电流密度和磁通密度下，自耦变压器的空载损耗和负载损耗相对低，效率高。

所以在超高压电力系统中，广泛采用自耦变压器作为联络变压器。

表1 常用超高压自耦变压器电压组合

高压侧电压kV

中压侧电压kV

330kV自耦变

345

121

500kV自耦变

525

230

750kV自耦变

765

345

2.超高压变压器的调压方式

目前国内电网用超高压自耦变压器都是调节中压侧电压，调压方式有线性调和正反调两种，接线原理图见图1、图2。HV是串联绕组;MV是公共绕组;TV是调压绕组; A是高压引出端子;Am是中压引出端子;X是中性点引出端子。

图1 中压线性调压接线原理图                 图2 中压正反调压接线原理图

2.1线性调压

图1所示中压线性调压，中压侧的电压是MV和相应接入的TV的电势之和，在不同分接时通过接入不同匝数的TV来实现中压侧的电压调整。其高压侧的电压是HV、MV以及TV的电势之和。

在变压器设计时，TV的匝数按照中压侧电压调整的全范围电压确定;MV的匝数按中压侧最负分接电压确定;确定HV匝数的电压则是高压侧电压减掉中压侧最正分接电压[2] [3]。

2.2正反调压

图2所示中压正反调压，中压侧电压是MV和TV的电势之和，通过分接开关的极性选择器改变TV的接入方向，在正分接时TV的电势与MV方向相同;负分接时TV的电势与MV方向反;额定分接时TV不接入。其高压侧的电压是HV和MV的电势之和。

在进行变压器设计时，TV的匝数按照中压侧电压调整范围的一半电压确定;MV的匝数按中压侧额定电压确定，确定HV匝数的电压则是高压侧电压减掉中压侧额定电压。

2.3两种调压方式的对比

采用线性调压方式时，变压器HV、MV、TV的设计电压之和是高压侧电压;采用正反调压方式时，变压器HV、MV的设计电压之和是高压侧电压。显而易见，采用线性调压方式变压器总的绕组匝数少，相应消耗的铜线少。

采用线性调压的变压器，TV在任何分接都参与工作;采用正反调压的变压器，TV在额定分接不工作，在正、负分接参与工作。因而，正反调变压器在正、负分接的阻抗较额定分接波动较大。

另外，正反调的分接开关配置正负极性转换装置，开关造价相对高些;但线性调分接开关的调压档数是正反调分接开关的2倍，变压器的引线数目也相应翻倍。对于无励磁调压变压器，因调压级数少，推荐选用线性调开关;对于有载调压变压器而言，因其调压级数较多，若选择线性调开关调压引线数目翻倍，引线过多不仅生产中操作性差，也不便于控制引线间的绝缘距离，不推荐采用线性调开关。

3.典型超高压自耦变压器的调压位置

国内电网用超高压自耦变压器的调压位置有中压线端调压和中性点调压两种。中性点调压的接线原理图见图3，中压线端调压的接线原理见上节图2。

图3 中性点正反调压接线原理图

3.1中性点调压

调压位置在中性点时，以表1中750 kV自耦变压器为例，由于高压侧电压在任何分接都是765/kV，即：。在不同分接时的大小和方向都是变化的，所以与也是变化的。可见，中性点位置的调压为变磁通调压，在调压时变压器的磁通是变化的，各个绕组的每一匝的电势在不同分接时不同。

3.2中压线端调压

采用中压线端调压的变压器，中压侧的电压，高压侧的电压。以表1中750 kV自耦变压器为例，其MV的设计电压是345/kV，HV的设计电压为（765-345）/kV。各个绕组的每一匝的电势在各分接不变，变压器的磁通也恒定不变的。

3.3两种调压位置的对比

中性点调压会造成三次侧电压随调压发生变化，如电压波动较大不满足运行要求时，还需采取措施进行补偿。另外，其调压是变磁通的，需适当放大铁心截面，以保证变压器的空载性能，在硅钢片的用量上大于中压线端调压。

从分接开关的选择考虑，中性点调压的开关绝缘水平低，通过电流是MV的电流;中压线端调压的开关绝缘水平高，通过电流是中压侧线电流，调压开关价格高于中性点调压开关。但对于有载调压变压器来讲，中性点调压时开关级电压约是中压线端调的两倍，虽然开关通过电流减小，但其级容量[4]仍大于中压线端调压。而级容量是有载开关选择重要指标，如级容量不够，开关将不能成功切换。

中性点调压的变压器电压和阻抗波动大，对系统运行不利。除非在中压绝缘水平超出现有分接开关的能力，或中压侧电流超出现有分接开关的能力时，考虑选择中性点调压。就表1所列超高压自耦变压器而言，在绝缘结构处理及开关选择上都不存在问题，建议调压位置选择中压线端。

4.结论

以上提供了对超高压自耦变压器调压方式及调压位置的综合对比分析，在确定调压方式和调压位置时，可结合变压器整体价格、损耗、电压及阻抗波动要求、分接开关的绝缘水平、最大工作电流、级电压等因素，选择合适的调压方式及调压位置。

参考文献：

[1]刘传彝，侯世勇，许长华.电力变压器设计与计算.变压器.2011.06，2011.

[2]尹克宁.变压器设计原理.中国电力出版社，2003.

[3]刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践.辽宁科学技术出版社，2002.

[4]朱英浩，沈大忠.有载分接开关电气机理.中国电力出版社，2012.