1000 kV特高壓變壓器調壓原理及其仿真分析

馮 順， 曲 欣， 王 毅， 焦海龍， 張軍永， 封永才

(國網河南省電力公司檢修公司, 河南 鄭州 450006)

0 引言

1000 kV特高壓變壓器是完成國家“三縱三橫”特高壓輸變電建設工程的重要設備，考慮其設備絕緣問題，其調壓原理與500 kV常規自耦變壓器有較大區別[1-3],因此特高壓變壓器調壓原理的理解及其仿真分析具有重要意義。文獻[4-6]介紹了特高壓主變調壓原理，但均未對其進行仿真建模分析。1000 kV特高壓南陽站是我國特高壓交流示范工程，站內運行1號、2號主變分別為西安西電(簡稱西電)和特變電工(簡稱特變)生產，2臺主變分別使用目前常見的2種特高壓主變調壓方法。文中分析了2臺主變的調壓原理，并分別對其調壓原理進行Simulink建模仿真對比分析，并根據仿真結果提出特高壓建設建議。

1 特高壓南陽站主變調壓原理

1.1 主變結構特點

特高壓南陽站變壓器和常規500 kV變壓器一樣，由3個單相自耦變壓器組成，每個單相自耦變壓器都是由主體變壓器(簡稱主體變)和調壓補償變壓器(簡稱調補變)兩部分組成，主體變和調補變之間通過銅母排連接。1號西電主變繞組連接如圖1所示，2號特變主變繞組連接如圖2所示。圖中：HV為主體變公共繞組；MV為主體變串聯繞組；LV為主體變低壓繞組；BV為調補變調壓勵磁繞組；TV為調補變調壓繞組；LE為調補變補償勵磁繞組；PV為調補變補償繞組，其中BV和TV共鐵心，PV和LE共鐵心。從圖1和圖2可以看出1號、2號主變都采用中性點調壓方式，因此調壓時主磁通會發生變化，導致低壓繞組電壓發生變化，而調補變中LE和PV繞組的存在將會對低壓側電壓進行負反饋調節使其電壓輸出穩定。

圖1 1號西電主變繞組連接Fig.1 Winding connection diagram of No.1 XD transformer

圖2 2號特變主變繞組連接Fig. 2 Winding connection diagram of No.2 TBEA transformer

繞組連接顯示1號西電主變調補變調壓勵磁繞組BV勵磁電源取自主體變低壓繞組LV和調補變補償繞組PV串聯電壓之和(即為低壓側電壓)，通常稱為完全補償方式；2號特變主變調補變調壓勵磁繞組BV勵磁電源取自主體變低壓繞組LV電壓，通常稱為非完全補償方式。

1.2 主變繞組電磁關系及調壓原理

根據主變的結構特點[7-9]可知，1號西電主變繞組電磁關系矩陣方程為：

圖3 1號西電主變仿真模型Fig.3 Themodel of No.1 XD transformer simulation

(1)

2號特電主變繞組電磁關系矩陣方程為：

(2)

根據2臺主變繞組連接原理可知，2臺主變中低壓電壓矩陣方程均為：

(3)

式(1—3)中：UH為已知量高壓側電壓有效值；UM，UL分別為中，低壓側電壓；NHV，NMV，NLV，NBV，NLE，NPV，NTV為1號、2號主變中各繞組自對應匝數；e1為主體變繞組每匝電動勢；e2為調補變繞組BV，TV為繞組每匝電動勢；e3為調補變繞組PV、LE繞組每匝電動勢。

特高壓南陽站1號西電主變、2號特變主變的各繞組匝數如表1所示，主變調節檔位調節抽頭和TV關系如表2所示。調補變調壓繞組有9檔調節。1號主變每級40匝調節，2號主變每級45匝調節，由式(1—3)及繞組匝數可得出中低壓側電壓與調補變調壓繞組不同檔位之間關系[10-13]。

表1 1號和2號主變繞組匝數Tab.1 Number of turns of No.1 and No.2 transformer winding

表2 1號和2號主變調壓檔位Tab.2 Chart of No.1 and No.2 transformer tap position

圖4 2號特變主變仿真模型Fig.4 Themodel of No.2 TBEA transformer simulation

2 特高壓南陽站主變調壓仿真分析

2.1 主變調壓原理Simulink建模

由于Simulink中沒有單獨的特高壓變壓器模型，故采用powerlib模塊中的Multi-Winding Transformer(多繞組變壓器)變壓器模型，主體變設置tapped winding(抽頭繞組)為中壓側電壓。調補變分別建立調壓變壓器和補償變壓器模型，其中調壓變模型設置抽頭繞組進行調壓[14-17]。模型具體參數按表1、表2進行設置，建立的1號西電主變仿真模型，2號特變主變仿真模型分別如圖3、圖4所示。其中，RMS為交流電壓有效值輸出；VH為主變高壓側交流電壓；VM為主變中壓側交流電壓；VL為主變低壓側交流電壓；VL1為主變低壓側補償前交流電壓；powergui采用離散設置。

2.2 主變調壓原理仿真結果分析

按照表2調壓檔位對應調壓抽頭分別進行仿真，并輸出低壓側補償前電壓進行分析，對仿真結果和主變銘牌中低壓電壓進行對比，1號西電主變、2號特變主變仿真及對比數據分別如表3、表4所示。從仿真結果來看，仿真數據和主變銘牌數據基本吻合，驗證了Simulink仿真模型的正確性。從仿真數據我們看到1號、2號主變低壓側補償前電壓最大調壓波動在10 kV左右，而補償后電壓波動基本控制在0.2 kV之內，補償繞組效果明顯。

表3 1號主變仿真數據Tab.3 The date of No.1 transformer simulation kV

表4 2號主變仿真數據Tab.4 The date of No.2 transformer simulation kV

對比1號西電主變、2號特電主變低壓側電壓可知，1號西電主變在主變調壓時低壓側電壓更加穩定。對比1號和2號主變中壓側數據，發現同一調壓檔位時，中壓側電壓有電壓差，因此當1號、2號主變并聯運行時，中壓側會產生電流環流。

3 結語

特高壓南陽站1號和2號主變仿真數據和銘牌數據的基本吻合說明了仿真模型的正確性。數據顯示2臺主變同一調壓檔位時中壓側電壓有偏差，且1號主變調壓時低壓側電壓更加穩定，因此建議特高壓建設時同一變電站使用同一調壓原理的變壓器以防止中壓側環流，建議使用低壓側電壓更加穩定的完全補償方式原理的特高壓主變。

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