特高压变压器的特点及选型考虑

特高压变压器的主要特点有：

（1）容量巨大，三相容量往往在1000MVA及以上，甚至达到几千兆伏安；

（2）绝缘水平很高，基准绝缘水平（雷电冲击绝缘水平）高，一般在1950～2250kV之间或更高；

（3）容量大和绝缘水平高，使得相应的变压器重量和体积庞大，这有可能导致运输发生困难。

特高压变压器选型设计时需要充分考虑这些特点，保证研制的特高压变压器能够安全可靠运行。

11.1.2.1　型式选择

大容量和高绝缘水平使得特高压变压器重量和体积庞大，由此增加了变压器制造、运输、安装的一系列难度，采用自耦变压器则可以有效减小变压器的体积和重量，而选择单相变压器代替三相变压器也将减少运输限制。另外，自耦变压器还具有制造成本小、损耗小、运行效率高以及能够改善系统稳定性能等优点；且在变压器损坏时，单相变压器的更换相对于三相变压器更快速，能够尽快恢复供电，增加了系统可靠性。因此，特高压变压器宜采用单相自耦变压器，而现有世界主流1000kV变压器均采用单相自耦变压器。

11.1.2.2　调压方式

调压方式分析主要针对变压器采用有载调压方式还是无励磁调压方式，以及调压位置的选择，即调压变压器与主变压器的连接方式。

与无励磁调压方式相比，有载调压方式能在带负载情况下进行调压，但增加了变压器的结构复杂性及设备造价，同时降低了设备运行可靠性。在超高压系统中，德国和日本采用有载调压变压器，美国和法国等采用无励磁调压变压器，而英国、意大利等采用无分接头变压器[1]。中国超高压系统中，500kV变压器有载调压和无励磁调压并存，而西北750kV输电示范工程采用无励磁调压自耦变压器。而对于1000kV特高压系统，正常情况下主网电压波动范围很小，其地区供电电压质量可依赖于无功调节和下级电网有载调压变压器，而无励磁调压方式完全满足为满足季节性运行方式的调整需要，因此从可靠性、经济性以及系统运行方式考虑，特高压变压器选择采用无励磁调压方式。

对于调压位置的选择，500kV、750kV级单相自耦变压器往往采用中压线端调压方式，其原理图如图11-2所示。中压线端调压方式下，中压侧调压时绕组每匝电压不变，不会引起铁芯磁通改变，所以低压侧电压不受或少受影响[2]。但是，中压线端调压方式需要较高的调压器绝缘水平，如对于500kV变压器，该方式下调压器绝缘水平为220kV，而对于1000kV变压器，相应的调压器绝缘水平要求提高为500kV，增加了调压器设计难度与制造成本。因此，考虑到绝缘问题，1000kV特高压变压器不采用中压线端调压方式。(www.xing528.com)

图11-2　中压线端调压

在特高压变压器中，选择中性点调压方式，即将调压变压器的调压绕组串联在原变压器的中性点处，调压器的励磁绕组与主变压器的第三绕组并联，如图11-3所示。中性点调压方式有效降低了调压变压器的绝缘水平，解决了最为重要的绝缘问题。

图11-3　中性点调压

然而，采用中性点调压方式后，自耦变压器的高、中压为公用中性点，调压时各分接位置的匝电势和铁芯磁通密度将发生变化，为防止低压输出电压也将随分接位置的变化而变化，还需设计低压补偿绕组来补偿低压电压波动。因此，特高压变压器选择采用中性点无励磁调压方式并配合设计低压补偿绕组，相应的补偿绕组接线如图11-4所示，其中，SV、CV、LV、TV、EV、LE及LT分别为串联绕组、公共绕组、低压绕组、调压绕组、调压励磁绕组、低压励磁绕组和低压补偿绕组。

图11-4　补偿绕组接线

11.1.2.3　铁芯及器身结构

常规单相500kV自耦变压器铁芯通常采用单相三柱式结构（单芯柱、两旁柱结构），而1000kV变压器容量特别大，若沿用三柱式结构，其温升问题将难以解决，因此可考虑采用四柱式结构（两芯柱、两旁柱结构）或五柱式结构（三芯柱、两旁柱结构），而后者每柱容量较小，能有效降低铁芯柱高度，减少运输困难，因此特高压交流示范工程中1000kV主变压器采用单相五柱式铁芯，其中三芯柱套线圈绕组。

特高压变压器电压高、容量大、绕组多，变压器内部结构复杂，为了简化主变压器结构，提高绝缘可靠性，可将特高压变压器的主变压器与调压补偿变压器进行分离，两者通过管母线连接，其中调压补偿变压器由共用一个油箱的调压器和低压电压补偿器构成。特高压交流试验示范工程用特高压变压器通常采用分体结构[3]。