馮 順， 曲 欣， 王 毅， 焦海龍， 張軍永， 封永才

(國網(wǎng)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(shè)工程的重要設(shè)備，考慮其設(shè)備絕緣問題，其調(diào)壓原理與500 kV常規(guī)自耦變壓器有較大區(qū)別[1-3],因此特高壓變壓器調(diào)壓原理的理解及其仿真分析具有重要意義。文獻(xiàn)[4-6]介紹了特高壓主變調(diào)壓原理，但均未對(duì)其進(jìn)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(nèi)運(yùn)行1號(hào)、2號(hào)主變分別為西安西電(簡稱西電)和特變電工(簡稱特變)生產(chǎn)，2臺(tái)主變分別使用目前常見的2種特高壓主變調(diào)壓方法。文中分析了2臺(tái)主變的調(diào)壓原理，并分別對(duì)其調(diào)壓原理進(jìn)行Simulink建模仿真對(duì)比分析，并根據(jù)仿真結(jié)果提出特高壓建設(shè)建議。

1 特高壓南陽站主變調(diào)壓原理

1.1 主變結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

特高壓南陽站變壓器和常規(guī)500 kV變壓器一樣，由3個(gè)單相自耦變壓器組成，每個(gè)單相自耦變壓器都是由主體變壓器(簡稱主體變)和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器(簡稱調(diào)補(bǔ)變)兩部分組成，主體變和調(diào)補(bǔ)變之間通過銅母排連接。1號(hào)西電主變繞組連接如圖1所示，2號(hào)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(lián)繞組；LV為主體變低壓繞組；BV為調(diào)補(bǔ)變調(diào)壓勵(lì)磁繞組；TV為調(diào)補(bǔ)變調(diào)壓繞組；LE為調(diào)補(bǔ)變補(bǔ)償勵(lì)磁繞組；PV為調(diào)補(bǔ)變補(bǔ)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(hào)、2號(hào)主變都采用中性點(diǎn)調(diào)壓方式，因此調(diào)壓時(shí)主磁通會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致低壓繞組電壓發(fā)生變化，而調(diào)補(bǔ)變中LE和PV繞組的存在將會(huì)對(duì)低壓側(cè)電壓進(jìn)行負(fù)反饋調(diào)節(jié)使其電壓輸出穩(wěn)定。

圖1 1號(hào)西電主變繞組連接Fig.1 Winding connection diagram of No.1 XD transformer

圖2 2號(hào)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(hào)西電主變調(diào)補(bǔ)變調(diào)壓勵(lì)磁繞組BV勵(lì)磁電源取自主體變低壓繞組LV和調(diào)補(bǔ)變補(bǔ)償繞組PV串聯(lián)電壓之和(即為低壓側(cè)電壓)，通常稱為完全補(bǔ)償方式；2號(hào)特變主變調(diào)補(bǔ)變調(diào)壓勵(lì)磁繞組BV勵(lì)磁電源取自主體變低壓繞組LV電壓，通常稱為非完全補(bǔ)償方式。

1.2 主變繞組電磁關(guān)系及調(diào)壓原理

根據(jù)主變的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[7-9]可知，1號(hào)西電主變繞組電磁關(guān)系矩陣方程為：

圖3 1號(hào)西電主變仿真模型Fig.3 Themodel of No.1 XD transformer simulation

(1)

2號(hào)特電主變繞組電磁關(guān)系矩陣方程為：

(2)

根據(jù)2臺(tái)主變繞組連接原理可知，2臺(tái)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(cè)電壓有效值；UM，UL分別為中，低壓側(cè)電壓；NHV，NMV，NLV，NBV，NLE，NPV，NTV為1號(hào)、2號(hào)主變中各繞組自對(duì)應(yīng)匝數(shù)；e1為主體變繞組每匝電動(dòng)勢(shì)；e2為調(diào)補(bǔ)變繞組BV，TV為繞組每匝電動(dòng)勢(shì)；e3為調(diào)補(bǔ)變繞組PV、LE繞組每匝電動(dòng)勢(shì)。

特高壓南陽站1號(hào)西電主變、2號(hào)特變主變的各繞組匝數(shù)如表1所示，主變調(diào)節(jié)檔位調(diào)節(jié)抽頭和TV關(guān)系如表2所示。調(diào)補(bǔ)變調(diào)壓繞組有9檔調(diào)節(jié)。1號(hào)主變每級(jí)40匝調(diào)節(jié)，2號(hào)主變每級(jí)45匝調(diào)節(jié)，由式(1—3)及繞組匝數(shù)可得出中低壓側(cè)電壓與調(diào)補(bǔ)變調(diào)壓繞組不同檔位之間關(guān)系[10-13]。

表1 1號(hào)和2號(hào)主變繞組匝數(shù)Tab.1 Number of turns of No.1 and No.2 transformer winding

表2 1號(hào)和2號(hào)主變調(diào)壓檔位Tab.2 Chart of No.1 and No.2 transformer tap position

圖4 2號(hào)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(diào)壓仿真分析

2.1 主變調(diào)壓原理Simulink建模

由于Simulink中沒有單獨(dú)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?cè)O(shè)置tapped winding(抽頭繞組)為中壓側(cè)電壓。調(diào)補(bǔ)變分別建立調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償變壓器模型，其中調(diào)壓變模型設(shè)置抽頭繞組進(jìn)行調(diào)壓[14-17]。模型具體參數(shù)按表1、表2進(jìn)行設(shè)置，建立的1號(hào)西電主變仿真模型，2號(hào)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(cè)交流電壓；VM為主變中壓側(cè)交流電壓；VL為主變低壓側(cè)交流電壓；VL1為主變低壓側(cè)補(bǔ)償前交流電壓；powergui采用離散設(shè)置。

2.2 主變調(diào)壓原理仿真結(jié)果分析

按照表2調(diào)壓檔位對(duì)應(yīng)調(diào)壓抽頭分別進(jìn)行仿真，并輸出低壓側(cè)補(bǔ)償前電壓進(jìn)行分析，對(duì)仿真結(jié)果和主變銘牌中低壓電壓進(jìn)行對(duì)比，1號(hào)西電主變、2號(hào)特變主變仿真及對(duì)比數(shù)據(jù)分別如表3、表4所示。從仿真結(jié)果來看，仿真數(shù)據(jù)和主變銘牌數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了Simulink仿真模型的正確性。從仿真數(shù)據(jù)我們看到1號(hào)、2號(hào)主變低壓側(cè)補(bǔ)償前電壓最大調(diào)壓波動(dòng)在10 kV左右，而補(bǔ)償后電壓波動(dòng)基本控制在0.2 kV之內(nèi)，補(bǔ)償繞組效果明顯。

表3 1號(hào)主變仿真數(shù)據(jù)Tab.3 The date of No.1 transformer simulation kV

表4 2號(hào)主變仿真數(shù)據(jù)Tab.4 The date of No.2 transformer simulation kV

對(duì)比1號(hào)西電主變、2號(hào)特電主變低壓側(cè)電壓可知，1號(hào)西電主變?cè)谥髯冋{(diào)壓時(shí)低壓側(cè)電壓更加穩(wěn)定。對(duì)比1號(hào)和2號(hào)主變中壓側(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)同一調(diào)壓檔位時(shí)，中壓側(cè)電壓有電壓差，因此當(dāng)1號(hào)、2號(hào)主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，中壓側(cè)會(huì)產(chǎn)生電流環(huán)流。

3 結(jié)語

特高壓南陽站1號(hào)和2號(hào)主變仿真數(shù)據(jù)和銘牌數(shù)據(jù)的基本吻合說明了仿真模型的正確性。數(shù)據(jù)顯示2臺(tái)主變同一調(diào)壓檔位時(shí)中壓側(cè)電壓有偏差，且1號(hào)主變調(diào)壓時(shí)低壓側(cè)電壓更加穩(wěn)定，因此建議特高壓建設(shè)時(shí)同一變電站使用同一調(diào)壓原理的變壓器以防止中壓側(cè)環(huán)流，建議使用低壓側(cè)電壓更加穩(wěn)定的完全補(bǔ)償方式原理的特高壓主變。

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