一种高可靠性的中性点调压自耦变压器设计
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特变电工沈阳变压器集团有限公司的研究人员徐春苗、司秉娥，在2019年第9期《电气技术》杂志上撰文指出，印度常规400kV电压等级有载调压自耦变压器的电压调节位置，通常被设在串联绕组220kV侧，单独设置的220kV调压绕组出头引出对变压器绝缘设计是非常困难的。
本文提出一种将调压绕组设置在中性点侧的自耦变压器设计方案。通过与常规调压位置的变压器进行技术性、经济性对比分析证明，该方案更加安全可靠，经济性更好。
在印度国家电网中，400kV自耦变压器调压位置通常被设置在串联绕组220kV侧。变压器绕组的布置为LV—TAP—MV—HV。220kV等级的调压绕组出头从内线圈引出，给变压器设计造成了很大的困难。调压绕组引线结构复杂，很难精确计算调压端部的实际冲击过电压。由于调压绕组被连接在220kV绕组的线路侧，所以其端部产生了很高的冲击过电压。近年来，400/220/33kV变压器因调压绕组（或调压引线或调压开关）而发生了多起故障。
最近，印度国家电网推出了无调压绕组400/ 220/33kV自耦变压器。无调压绕组自耦变压器与有调压绕组变压器相比，可靠性更高。无调压绕组是这种类型自耦变压器的一种解决方案，但是在电网中，完全消除电压的波动是非常困难的。
本文提出的解决方案是，在变压器的中性点侧提供调压绕组，这种调压方式比现有的自耦变压器调压方式更可靠。一方面，分接绕组和分接开关的电压等级将降低到中性点绝缘水平，从而提高变压器的运行可靠性，降低了变压器的制造成本；另一方面，在中性点侧提供调压绕组将成为变磁通变压器，变磁通变压器意味着铁心中的磁通密度随调压分接位置的变化而变化。变磁通设计主要是变低压。低压电压将随分接位置的不同而变化。
1 中性点调压变压器的分接范围选取
在中性点调压变压器中，高压绕组（串联绕组）和中压绕组（公共绕组）的中性点侧设有调压抽头，以改变高压侧的电压。这种变压器是变磁通调压变压器（VFVV型）。在这种类型的变压器中，铁心中的磁通密度随分接位置的变化而变化。400kV自耦变压器额定参数见表1。
表1 400kV自耦变压器额定参数
调压分接范围是变磁通变压器的重要组成部分。当调压范围大时，在额定分接调压处的磁通密度需要减小，以限制极限分接下的磁通密度，避免低压绕组电压超过低压系统的预期极限。
考虑调压分接范围±10%，电压比校核和低压电压值见表2。
表2 电压比校核和低压电压值
在±10%分接范围内，低压电压将比额定分接增加24%，电压比校核也将超过0.5%的限制。因此，考虑到IEC 60076-1电压比校核要求，±10%分接范围不适用。此外，低压电压为41kV，这对连接到该变压器低压侧的负载也不安全。因此，为了满足电压比校核，分接范围需要减小，按±5%考虑电压比校核和低压电压值见表3。
表3 电压比校核和低压电压值
在此分接范围内，电压比校核满足IEC 600761规定的公差范围。此外，最大分接处的低压电压变化约为额定电压的12%。因此，变压器分接范围为±5%较为合理。
2 绕组排列方式及有载开关选择
在该变压器中，绕组按以下方式排列：LV—TAP—MV—HV，将调压绕组接在变压器中压绕组的中性点侧，高压绕组与中压绕组串联。传统设计中由于分接在220kV线路侧，采用了1200A和300kV等级三相开关，而在这种新型设计中，调压分接与高压和中压绕组的中性点侧相连，因此有载分接开关的额定值可以降低到800A和123kV等级，这将节省有载开关的成本。
若中性点侧电压较低，则冲击过电压也会降低，从而节省了调压绕组引线的绝缘成本，简化了调压绕组的绝缘结构。绕组排列示意图和绕组接线原理分别如图1和图2所示。
3 变压器性能
对于变磁通调压变压器的设计，重要的要考虑的问题是，在所有分接位置的最大磁通密度应设计在规定范围内。
例如：考虑系统1.1倍过电压下变压器磁通密度不超过1.9T。在100%额定电压下，通常考虑的磁通密度极限为1.727T。最大分接处的低压电压为37kV，额定分接为33kV。因此，额定分接头处的最大磁通密度应被限制在（1.727×33/37）1.535T左右，但该磁通密度需要根据不同分接位置处的实际匝数具体计算。
图1 绕组排列示意图
图2 绕组接线原理图
这种低磁通密度会使得铁心重量增加，由于低磁通密度，在额定分接位置时，空载损耗会减小。由于调压绕组电压从220kV等级降低到中性点端电压，因此可以减小低压和调压绕组之间的主距，进而减少铜和硅钢片的重量。表4列出了传统设计与中性点侧调压设计的损耗和重量比较。
表4 传统设计与中性点侧调压设计的损耗和重量比较
考虑空载损耗折价，新的整体设计比原来设计更经济，绝缘结构设计简单，更可靠，更经济。
图3 额定分接下HV—MV磁场分布图
4 短路阻抗计算
表5列出在HV—MV、MV—LV、HV—LV之间短路阻抗计算值。
表5 短路阻抗计算值
表5中所示的短路阻抗值与现有的变压器短路阻抗值相匹配。采用中性点调压方式与现有的变压器可以并联运行，但调压范围应限制在±5%内。
400/220/33kV三相自耦变压器的中性点侧调压，调压分接范围为±5%。这种变压器比现有的常规变压器更加经济。由于电压和短路阻抗与现有的变压器短路阻抗相似，因此相似短路阻抗变压器可以并联运行。将有载分接开关置于中性点侧，对有载分接开关和调压绕组非常安全。调压绕组的电压等级较低，有载分接开关发生故障的可能性较低，因此该变压器可靠性较高。