特高压安吉站变压器保护分析

【摘要】本文从1000kV特高压安吉站出发，分析了特高压变压器的结构组成及其优缺点，以及调压补偿变采用中性点无励磁调压方式的必要性，分析了特高压变压器保护配置、差动保护的原理，为特高压变压器的安全稳定运行提供参考。

【关键词】特高压 自耦变压器 调压补偿变 差流计算

0、引言

1000kV安吉变电站位于浙江省湖州市安吉县，为我国第一条同塔双回1000kV输变电工程――皖电东送淮南至上海特高压交流输电示范工程中四个新建变电站之一。由于容量、体积及自重等关系，变压器采用主变压器加调压补偿变的特殊接线方式。为了制造、运行的方便，把调压变压器和补偿变压器共用一个油箱，与主体自耦变压器分箱体布置，即采用分体结构。分体结构简化了变压器结构，调压装置故障时易检修和更换，提高了变压器的可靠性。

1、特高压变压器的结构

为了提高变压器的效率、减轻其质量、缩小其尺寸，大容量超高压等级的变压器一般采用自耦变压器。1000kV特高压安吉站采用3台容量为1000MVA的单相自耦变压器，并配置1台备用变压器。自耦变压器具有尺寸小、重量轻、效率高、运输方便的优点。自耦变传输功率一部分是电磁耦合，一部分是电传导，所有在相同的标称容量情况下，自耦变压器有较小的绕组容量，而变压器的重量和尺寸是由绕组容量决定的。绕组容量只有铭牌标称容量的（ ）倍。绕组容量小，则由此带来的铜耗和铁耗小，则效率较高，可达99%以上。

因为有载调压大大增加了变压器结构的复杂性、设备的造价和运行维护的成本，并且降低了设备的运行可靠性，所以1000kV特高压变压器一般采用中性点无励磁调压，并附加低压侧电压补偿的调压方式。中性点调压方式具有绝缘好处理和公共绕组回路内的分接电流小等优点。调压时由于主体变压器的匝电势和铁芯磁通密度会发生变化，导致低压侧绕组输出电压也会随之变化，所以需要增加低压补偿绕组，维持低压侧电压的恒定。

2、保护配置

2.1 主变压器保护配置

1000kV特高压安吉站的主变压器保护配置双重化的主、后备保护一体变压器电气量保护和一套非电量保护，第一套电气量保护采用南瑞继保的PCS-978GC保护装置，第二套电气量保护采用许继电气的WBH-801A保护装置，非电量保护采用南瑞继保的PCS-974保护装置。

主变压器主保护具有接入高、中压侧和公共绕组回路的分侧差动保护，中性点零序电流不接入差动保护，配置不经整定的反应故障分量的差动保护。对外部相间短路引起的变压器过电流，装设相间短路后备保护，保护带延时跳开相应断路器，对电流、电压保护不能满足灵敏性和选择性要求的情况下，变压器可采用阻抗保护。对外部单相接地短路引起的变压器过电流，装设接地短路后备保护，保护带延时跳开相应断路器。装设具有与被保护变压器的励磁特性相匹配的反时限特性的过激磁保护。

非电量保护装设有瓦斯保护，当壳内故障产生轻微瓦斯或油面下降时，瞬时动作于信号，当壳内故障产生大量瓦斯时，瞬时动作于断开变压器各侧断路器。非电量保护应有独立的出口回路，保护动作时不启动失灵。

2.2 调压补偿变保护配置

调压补偿变同样配置双重化的变压器电气量保护和一套非电量保护。安吉站调压补偿变的第一套电气量保护采用南瑞继保的PCS-978C保护装置，第二套电气量保护采用许继WBH-801A保护装置，非电量保护采用南瑞继保的PCS-974保护装置。

调压变和补偿变相对于整个变压器而言，其匝数很少，当其发生轻微匝间故障时，折算到主体变压器来看更加轻微，主体变压器纵差保护很难动作。为了保证调压变和补偿变匝间故障的灵敏度，必须单独配置差动保护，即分别设置调压变和补偿变差动保护。

调压变和补偿变差动保护放置在单独的电量保护装置中，由于调压变压器、补偿变压器容量相对主变压器较小，其励磁涌流倍数比主体变压器高，空载合闸时，差动速断保护容易误动，因此调压变和补偿变不配置差动速断保护功能。

2.3调压补偿变差流计算

调压补偿变保护取了公共绕组（TA5）、补偿变绕组（TA6）、调压变绕组（TA7）、低压绕组（TA8）四个CT绕组。其中，TA5、TA6、TA7参与调压变差流计算，差流应满足 （其中 为原边电流， 为副边电流），TA6、TA8参与补偿变差流计算， 差流应满足 （其中 为原边电流， 为副边电流）。

如果只考虑二次电流回路，当电流互感器一次极性端靠近母线侧（主变外侧）时，调压变差动保护差流要满足 ，其电流互感器二次绕组的极性为TA5为反极性，TA6为反极性，TA7为正极性；补偿变差流要满足 ，其电流互感器二次绕组的极性应为TA6为正极性，TA8为正极性。

变压器采用中性点无励磁正反调压方式，调压装置共设9档，额定档位为第5档，1～4档为正档，6～9档为负档。当调压装置在不同档位时，调压变、补偿变各绕组的参数也发生变化，各个绕组在每个档位中的一次额定电流也均不相同，因此，调压补偿变保护装置设置了1～9区的9套定值对应调压装置的1～9档。

当调压装置处于1～4档的正档时，调压绕组中的电流方向为正。规定电流以流进调压变电流为正，当电流从调压变原边流进时，电流从副边同名端流出，则差流 。

当调压装置处于6～9档的负档时，调压绕组中的电流方向为负，即随着调压装置正负档位的切换，调压变内流过TA5和TA6的电流极性也将随之改变，因此TA7也需根据调压档位调整极性，否则可能引起差动误动，差流 。

当调压装置处于5档时，调压变差动中的TA5、TA6平衡系数固定为0，只计算TA7的电流，此时调压变差动保护相当于一个纯过流保护。

3、保护的特殊问题

由于主变低压侧远景有两个分支，2号主变本期新建低压分支2，预留低压分支1，4号主变本期新建低压分支1，预留低压分支2。按照PCS-978GC保护说明书中，当某侧（或某分支）无电流输入时，应将CT一次值整定为最小值。然后，安吉站的PCS-978GC保护装置中，低压侧过流定值中的Ie，根据分支1的CT变比计算而得，如果按照说明书的方法整定，那么2号主变的低压侧过流定值中的Ie将会出现随机值，导致保护误动或拒动。因此，在这种情况下，低压分支1的CT一次值需整定为与低压分支2的CT一次值一致，从而涉及到二期扩建2号主变低压分支2时，CT参数需与低压分支1的CT参数一致。

4、结论

1000kV安吉站是我省首个1000kV等级特高压变电站，采用3台容量为1000MVA的单相自耦变压器，并配备3台调压补偿变压器。变压器采用中性点无励磁调压方式，简化了变压器的结构，提高了设备运行的可靠性。

配置单独的调压补偿变保护装置，以保证调压变和补偿变匝间故障的灵敏度。调压装置设置了9个档位，分别对应1～9个运行定值区的9个不同参数，保护装置通过软件改变电流互感器的电流极性，简化了回路的二次接线。

参考文献：

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【2】 孙树波，方明，钟俊涛.1000kV自耦变压器的开发设计

【3】 高文彪，赵宇亭，赵成运.特高压变压器两种调压方法及调压补偿变保护浅析

【4】 车薪，郭天啸.特高压晋东南变电站调压补偿变压器运行分析