特高壓晉東南變電站自耦變壓器的補(bǔ)償方案

特高壓晉東南變電站自耦變壓器的補(bǔ)償方案

0特高壓晉東南變電站為了提高壓力容量，降低質(zhì)量，減小尺寸，高性能超高壓壓帶一般采用自隔離壓壓裝置。自分離壓壓裝置在高壓電網(wǎng)中也具有系統(tǒng)穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。交流特高壓晉東南變電站采用天威保變生產(chǎn)的1000kV自耦變壓器,在主體變壓器外,它單獨(dú)設(shè)置了調(diào)壓補(bǔ)償變壓器。本文將分析調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的調(diào)壓方式和差動(dòng)保護(hù)的原理、配置和校驗(yàn)方法,總結(jié)調(diào)壓補(bǔ)償變壓器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),以期為特高壓變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供參考意見(jiàn)。1壓電及壓電補(bǔ)償變壓器的組成1000kV自耦變壓器由主體變壓器和調(diào)壓補(bǔ)償變壓器2部分組成,它們通過(guò)硬銅母線連接。調(diào)壓補(bǔ)償變壓器由調(diào)壓變壓器和低壓補(bǔ)償變壓器2部分構(gòu)成,它們共用一個(gè)油箱。調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的勵(lì)磁線圈與主體變壓器的低壓線圈并聯(lián);低壓補(bǔ)償變壓器的勵(lì)磁線圈與調(diào)壓變壓器的調(diào)壓線圈并聯(lián);調(diào)壓補(bǔ)償變壓器的補(bǔ)償線圈與主體變壓器的低壓線圈串聯(lián),變壓器線圈接線如圖1所示。2變壓器增壓方式選擇特高壓自耦變壓器把調(diào)壓補(bǔ)償變壓器單獨(dú)從主體變壓器中分離出來(lái)的原因?yàn)?(1)便于運(yùn)輸;(2)保證主變運(yùn)行的可靠性和維護(hù)的方便性,在調(diào)壓部分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí),可與主變主體部分解開(kāi),不影響主變的運(yùn)行。變壓器調(diào)壓方式總體分為有載調(diào)壓和無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓2種。采用有載調(diào)壓方式的變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)高。國(guó)外超高壓電網(wǎng)中,美國(guó)、法國(guó)采用變壓器無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓方式,英國(guó)、意大利、瑞典采用無(wú)分接頭變壓器,只有日本、德國(guó)采用變壓器有載調(diào)壓方式。國(guó)內(nèi)外資料統(tǒng)計(jì)表明,有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)故障在變壓器故障中占很大比例,有載調(diào)壓裝置故障率約為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓裝置故障率的4倍,并且有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)在操縱機(jī)構(gòu)、滅弧、動(dòng)穩(wěn)定、絕緣、漏磁和諧振過(guò)電壓等方面存在不可靠因素。因此,從經(jīng)濟(jì)性、可靠性方面考慮,特高壓變壓器宜采用無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓方式。此外,特高壓變壓器多采用中性點(diǎn)調(diào)壓方式,其最大優(yōu)點(diǎn)在于調(diào)壓裝置和調(diào)壓繞組電壓低,絕緣要求低,制造工藝較簡(jiǎn)單,整體造價(jià)低。雖然中性點(diǎn)調(diào)壓方式會(huì)出現(xiàn)激磁和第3繞組電壓偏移現(xiàn)象,但由于在特高壓變壓器內(nèi)部采用了電壓負(fù)反饋回路,對(duì)與調(diào)壓繞組同柱的勵(lì)磁繞組進(jìn)行了電壓補(bǔ)償,在調(diào)壓過(guò)程中低壓側(cè)電壓不受影響。實(shí)際運(yùn)行中,調(diào)壓側(cè)電壓調(diào)節(jié)幅度不超過(guò)±5%時(shí),能保證低壓側(cè)電壓變化小于1%。故特高壓變壓器應(yīng)采用中性點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓方式。3低壓補(bǔ)償器差動(dòng)橋保護(hù)3.1壓電主體差動(dòng)保護(hù)調(diào)壓變和補(bǔ)償變分別配置1套差動(dòng)保護(hù),電流互感器均采用雙重化配置。調(diào)壓變和補(bǔ)償變的線圈匝數(shù)占整個(gè)變壓器匝數(shù)的比例相對(duì)較小。由特高壓變壓器調(diào)壓變保護(hù)動(dòng)模試驗(yàn)可知,即使調(diào)壓變發(fā)生25%的匝間故障(這種匝間故障對(duì)于調(diào)壓變來(lái)說(shuō)是非常嚴(yán)重的內(nèi)部故障),變壓器主體差動(dòng)保護(hù)感受到的差流幅值剛剛超過(guò)差動(dòng)保護(hù)起動(dòng)定值,當(dāng)調(diào)壓變短路匝比繼續(xù)下降之后,變壓器主體差動(dòng)保護(hù)甚至不能夠起動(dòng)。因此,在原有主體保護(hù)的基礎(chǔ)上,增設(shè)了調(diào)壓變和補(bǔ)償變的差動(dòng)保護(hù),以提高調(diào)壓變和補(bǔ)償變發(fā)生匝間故障時(shí)的靈敏度。此外,由于單獨(dú)配置的調(diào)壓變和補(bǔ)償變的差動(dòng)保護(hù)主要是用來(lái)提高小故障情況下的靈敏度,所以無(wú)需為其配置差動(dòng)速斷保護(hù)。變壓器線圈與電流互感器接線如圖2所示。調(diào)壓補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)電流由電流互感器TA4、TA5、TA6、TA7獲取,其中,調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)電流由TA5、TA6、TA7獲取,補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)電流由TA4、TA6、TA7獲取,TA6、TA7為調(diào)壓變、補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)公共電流互感器。為減少電流二次回路接線錯(cuò)誤,電流互感器二次電流極性均以母線側(cè)(變壓器外側(cè))為正極性端,且各側(cè)電流互感器二次繞組均采用星型接線。3.2定值運(yùn)行要求特高壓變壓器采用中性點(diǎn)無(wú)勵(lì)磁正反調(diào)壓方式,調(diào)壓裝置共設(shè)9檔,額定檔位為第5檔,1～4檔為正檔,6～9檔為負(fù)檔。隨著調(diào)壓裝置正負(fù)檔位的切換,流過(guò)TA5和TA6的一次電流也隨之改變。當(dāng)調(diào)壓裝置在不同檔位時(shí),調(diào)壓變、補(bǔ)償變各繞組的參數(shù)也發(fā)生變化。調(diào)壓變調(diào)壓繞組、調(diào)壓變勵(lì)磁繞組、補(bǔ)償變低壓勵(lì)磁繞組以及低壓補(bǔ)償繞組在每個(gè)檔位中的一次額定電流值均不相同,因此,調(diào)壓變、補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)裝置在1～9檔各有1套定值。在實(shí)際運(yùn)行時(shí),必須根據(jù)調(diào)壓裝置實(shí)際檔位來(lái)選擇相應(yīng)定值運(yùn)行。調(diào)壓變差流應(yīng)滿足ITA7=ITA6+ITA5(1)補(bǔ)償變差流應(yīng)滿足-ITA6=ITA7+ITA4(2)電流互感器極性對(duì)差動(dòng)保護(hù)至關(guān)重要。如果只考慮二次電流回路,當(dāng)電流互感器一次極性端靠近母線側(cè)(主變外側(cè))時(shí),調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)差流要滿足式(1),其電流互感器二次繞組的極性應(yīng)為TA5反極性、TA6反極性、TA7正極性;補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)差流要滿足式(2),其電流互感器二次繞組的極性應(yīng)為TA4正極性、TA6正極性、TA7正極性。TA6、TA7為調(diào)壓變、補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)共用電流互感器,但TA6的同一個(gè)二次繞組在用于調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)時(shí)為反極性,而在用于補(bǔ)償變差動(dòng)保護(hù)時(shí)卻為正極性。另外,當(dāng)調(diào)壓裝置處于1～4檔時(shí),調(diào)壓繞組中的電流方向?yàn)檎?當(dāng)調(diào)壓裝置處于6～9檔時(shí),調(diào)壓繞組中的電流方向?yàn)樨?fù),即隨著調(diào)壓裝置正負(fù)檔位的切換,調(diào)壓變內(nèi)流過(guò)TA5和TA6的電流極性也將隨之改變,此時(shí)如不改變TA7的電流極性,主變運(yùn)行在6～9檔時(shí)就可能引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。3.3環(huán)境保護(hù)試驗(yàn)中的差動(dòng)保護(hù)3.3.1壓電差動(dòng)保護(hù)平衡式的確定當(dāng)調(diào)壓裝置在正檔(1～4檔)時(shí),模擬調(diào)壓變?nèi)齻?cè)電流互感器二次電流極性,由于裝置內(nèi)部定值中將TA5、TA6電流極性設(shè)定為負(fù)極性,當(dāng)加入三側(cè)同極性電流時(shí),若裝置顯示調(diào)壓變差流幾乎為0,則可證明裝置差動(dòng)保護(hù)極性完全能夠滿足調(diào)壓變差流平衡式(1)。當(dāng)調(diào)壓裝置在負(fù)檔(6～9檔)時(shí),模擬調(diào)壓變?nèi)齻?cè)電流互感器二次電流極性,TA6加入與TA5同向的電流,TA7加入與TA5反向的電流。由于裝置內(nèi)部定值中將TA5、TA6電流極性設(shè)定為負(fù)極性,將TA7極性設(shè)為負(fù)極性,當(dāng)加入三側(cè)不同極性電流時(shí),裝置顯示調(diào)壓變差流幾乎為0,則可證明裝置差動(dòng)保護(hù)極性完全能夠滿足調(diào)壓變差流平衡式(1)。當(dāng)調(diào)壓裝置在額定檔(5檔)時(shí),TA5、TA6電流不參與調(diào)壓差動(dòng)保護(hù)差流計(jì)算,差流直接反應(yīng)TA7的電流,當(dāng)差流大于最小動(dòng)作電流值時(shí),調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)調(diào)壓裝置在額定檔時(shí),公共繞組不經(jīng)調(diào)壓裝置繞組直接接地,此時(shí)調(diào)壓繞組內(nèi)電流很小。在變壓器零啟升壓至額定電壓時(shí),變壓器公共繞組實(shí)測(cè)一次電流值為617.74mA,而此時(shí)調(diào)壓勵(lì)磁繞組只存在空載勵(lì)磁電流,TA7二次電流值接近于0。在變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)測(cè)得的TA7二次電流為30mA。低壓勵(lì)磁繞組內(nèi)電流很小,TA6二次電流值接近于0,調(diào)壓差動(dòng)保護(hù)程序內(nèi)將TA6、TA5平衡系數(shù)設(shè)定為0,校驗(yàn)中加入TA5、TA6電流時(shí),裝置顯示電流值為0。調(diào)壓變差動(dòng)保護(hù)平衡式在額定檔將不存在,也不存在比率差動(dòng)保護(hù)。在額定檔時(shí),為了防止調(diào)壓勵(lì)磁繞組發(fā)生接地故障,調(diào)壓差動(dòng)裝置利用TA7的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓勵(lì)磁繞組的保護(hù),只要TA7電流大于差流最小動(dòng)作電流值,就會(huì)跳開(kāi)主變壓器三側(cè)斷路器,以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的保護(hù)。3.3.2償變保護(hù)不影響電流極性補(bǔ)償變差動(dòng)電流由TA6、TA4、TA7獲取,調(diào)壓檔位調(diào)節(jié)對(duì)補(bǔ)償變保護(hù)無(wú)影響,不同檔位不會(huì)影響TA6、TA4、TA7繞組的電流極性。當(dāng)加入三側(cè)不同極性電流時(shí),裝置顯示調(diào)壓變差流幾乎為0,則可證明裝置差動(dòng)保護(hù)極性完全能夠滿足補(bǔ)償變差流平衡式(2)。4變壓器結(jié)構(gòu)優(yōu)化特高壓晉東南變電站變壓器獨(dú)立設(shè)置調(diào)壓補(bǔ)償變壓器,引入負(fù)反饋電壓來(lái)穩(wěn)定低壓側(cè)電壓,有