高阻抗变压器的应用

第一部分：高阻抗变压器主要优势
1.3 110kV 采用大容量高阻抗变压器的主要优势 随着江苏城市化建设的发展，省内大城市中心区域高层建筑日益增多，造 成城市中心区域负荷密度加大，迫切需要新建110kV变电所，但在已发展成熟 的城市中心区域新建变电所难度非常大，项目建设推进困难重重，难以满足 负荷发展的需要。 基于以上原因，省公司提出了110kV采用大容量变压器的发展思路，但随 着主变容量的增加，与220kV大容量变压器情况相似，110kV大容量变压器也 存在额定电流和短路电流水平升高问题。在现有10kV设备开断和耐受短路电 流水平条件下，采用110kV高阻抗大容量变压器是一种较好的解决方案。
第一部分：高阻抗变压器主要优势
1.1 500kV采用高阻抗变压器的主要优势 （1）有效降低220kV侧短路电流水平：
可见在220kV短路 电流构成中通常50 －70％为500kV系统 通过变压器提供。 所以，提高主变压 器阻抗对抑制220kV 母线短路电流有明 显的作用。
第一部分：高阻抗变压器主要优势
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
2. 内置电抗器高阻抗变压器
该种结构主要是主要是将低压绕 组的线端串联内置空心电抗器，从 而限制低压侧短路电流水平。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
3. 两种结构高阻抗变压器比较 上述两种方案均为切实可行，相对来说分裂绕组方案应用较多，如：常 州东芝在苏州虎丘变（180MVA自耦变Uk1-3＝52.86%）；泰州洋思变 （180MVA自耦变Uk1-3＝64.58%）；合肥ABB在南京高桥变（180MVA自耦变 Uk1-3＝47%）。济南西门子的内置电抗器方案最近在苏州地区备用变压器 有订货。
0.概述
0.2 目前短路电流问题解决的主要途径 4. 采用母线分段分排等措施 随着省内500kV变电所主变规模向4台过渡，500kV变电所的220kV母线逐步具备 分段运行的条件，通过对220kV分区电网结构和变电所出线排列的优化设计，可以 在不降低电网可靠性的前提下，将500kV变电所的220kV母线分段运行，从而达到 降低220kV母线短路电流水平的目的。 ５. 采用高阻抗变压器 上述系统措施需要长期逐步的全局调整，而在目前情况下，当一定时期内负荷 增加较快而电网结构变化无法完全跟上，或现有电网结构经过长期构造已较为完 善的情况下，单纯采用调整电网结构的方式在经济性方面并不合适，此时可以考 虑采用高阻抗变压器，可以在保持现有电网结构基本不变的情况下降低系统短路 电流水平。 ６． 采用大截面、多分裂导线取代多回小截面导线、单导线输电 在电网安全稳定可控的情况下，由于大截面、多分裂导线相对多回小截面、单 导线有着基本相同的工作电流，但由于传输电阻抗较大，因此可以使得短路电流 较小。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
4. 高阻抗变压器损耗问题
由上表可见，两个厂家产品重量、损耗相差较大，以20%阻抗变压器为例， 负载损耗分别为475kW和590kW，相差近25%，如考虑变压器30年寿命期内，两 种产品的年电能损耗差值近1０万元，如折算到产品价格上，相当于价格上有 约3%(5100万元）的差距。这主要是因为两家由于制造理念的不同，相对来讲 损耗小的一方产品标准较高、用料较足，但也造成价格、运输重量较高的缺 点，故选型时应与设备价格在全寿命内综合比较考虑。 同时也应该看到两种产品（20%高阻抗）损耗值均接近甚至低于现行国家 标准（12％），这主要归功于新材料、新工艺的应用，故高阻抗变压器在提 高阻抗、降低短路电流的同时，其能耗水平也是可以接受的。
3. 两种结构高阻抗变压器比较
（1）两种结构高阻抗变压器较 之常规结构变压器重量及造 价方面均增加有限。 （2）内置电抗器方案负载损耗 较双主柱方案略低，但内置 电抗器方案在短路情况下会 发生饱和，故实际限制短路 电流能力有折扣。 （3）内置电抗器方案需从线圈 中引线出来，结构较复杂， 按设计说法“设计需十分小 心”，相对可靠性可能较差。
国家标准的500kV自耦变压器主要参数如下。
100万） 主要参数，其高中阻抗电压 百分数为 Uk1-2＝12％。我们称为标准 阻抗。 省内已建500kV变电所主 变在500kV张家港变以前Uk1 －2均为12％，张家港、三叉 湾、龙王山、梅里为15％。 晋陵变为18％。 随着电网的发展，短路 电流水平的提高，迫切需要
更高阻抗的变压器。本文讨
论之高阻抗变压器为Uk1-2
＝18％以上。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
根据系统计算及与变压器制造厂了解的结果，目前国内主要变压器厂承诺能够 制造的高阻抗变压器主要参数序列有Uk1-2%＝20％、22％、24％、26％、30％几 种。按产品结构主要有内置电抗器和双主柱两种。
0.概述
上表可见，江苏电网枢纽厂站短路电流水平增长迅速。
0.概述
0.2 目前短路电流问题解决的主要途径 1.合理分配新建电源,均衡500kV、220kV电网短路容量 新建电厂应合理接入220kV 电网,以减少500kV电网的短路电流。220kV电网通 过分片运行对短路电流加以限制。 2.电源分散接入电网 大型电源根据送电方向和范围,分散接入不同的主干输电线路。使主网有较好 的适应性,在不削弱系统可靠性的条件下拉开电网的电气距离,电厂和区外线路分 层接入主网。 3.调整和优化电网结构 可采取解开过于紧密的环网结构、控制变电所500kV进出线路的数量、开辟大 容量输电通道,主要输电通道采用大截面导线降低回路数等措施来满足短距离、大 容量的输电要求,避免多回通道并列运行给电网带来短路电流过大的问题,达到既 加大电气距离又满足电力输送的要求,使变电所到各电源之间保持合理的综合阻抗, 以控制短路电流。
磁路连接。详见上图，右侧为完整的变压器线圈，左侧为独立的电抗器，变压器自
耦线圈中性点侧引出线串接电抗器后引出变压器中性点接地。即采用独立电抗器方 式解决高阻抗变压器漏抗增加导致主柱附近局部过热问题。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
2. 双主柱结构高阻抗变压器
该种结构采用厂
家较多，有东芝、西 变等。其主要特点是： 针对高阻抗漏磁增加
采用双主柱线圈结构
（普通阻抗为三柱， 高阻抗为四柱），从 单主柱结构：当阻抗 增加（主要就是线圈漏抗 增加）时，自耦合的高中 压线圈附近局部过热。这 就是高阻抗变压器设计主 要难点。 双主柱结构：自耦合 的高中压线圈主柱一分为 二，从而避免附近局部过 热。 而避免局部过热发生。 详见左图。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
倍。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
与500kV高阻抗变压器相似，220kV高阻抗变压器也有两种不同制造方 案，分裂绕组和内置电抗器方案。与500kV高阻抗变压器不同在于220kV 高阻抗变压器重点在于提高中低绕组阻抗。 1. 分裂绕组结构高阻抗变压器 该种结构主要是将中压绕组的部 分匝数剥离到高压绕组外侧，将高 压绕组置于中低压绕组之间，通过 分裂绕组方式增大绕组间的漏磁通 道，从而增大中低绕组阻抗。详见 下图。
高阻抗变压器主要优势及必要性归纳
• 500/220KV高阻抗变压器：
• -----控制220KV短路电流，形成合理电网结构，提高供电 可靠性； • -----提高220KV分区的供电能力，减少电网分区数，发挥 电网规模效益
• 220KV高阻抗变压器：
• -----在负荷高密度区采用220KV直降中压配电电压等级可 控制配网系统的短路电流水平，并可采用大容量变压器以 节约资源 • -----在需要的情况下低压可并列运行以提高供电可靠性， 并获得较好的电能质量．
高阻抗变压器主要优势及必要性归 纳
• 110KV高阻抗变压器：
• ----可采用大容量变压器并控制低压的短路电流水 平； • ----在需要的情况下低压可并列运行以提高供电可 靠性,并获得较好的电能质量．
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
2.1 500kV 高阻抗变压器的制造可行性
左表所示，涂红部分为省
1. 内置电抗器结构高阻抗变压器
该种结构主要为重庆ABB公司主推。 其主要特点是：在公共绕组中性点 侧串联一台内置电抗器，电抗器的 放置位置: 与变压器主体共用油箱, 与变压器主体之间只有电气连接而 无磁路连接。详见下图。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
电抗器本体结构：油浸式空心电抗器
电抗器的放置位置: 与变压器主体共用油箱, 与变压器主体之间只有电气连接而无
高阻抗变压器的应用
2009年9月
0.概述
0.1 电网概况和主要问题 进入“十一五”以来，江苏电力需求迅猛增加，年均增长在10％以上。到“十一 五”中期，江苏500KV主网架已建成了“四纵四横”的电网格局，主网结构已经形 成． 500KV变电所变电容量建设也有大的发展，单组1000MVA的大容量变压器已成为 500KV变电站的主要设备选型配置，苏南负荷中心的500KV变电站主变安装容量绝 大部分皆按不少于双变配置，并逐渐达到规划设计的规模容量。 随着电网容量在逐步扩大，电网短路电流水平也持续上升。短路电流水平的控 制成为电网进一步发展所面临的主要问题，短路电流水平的控制主要表现在: （1）500kV变电所的220kV母线及部分主力电厂220kV母线，在个别站点已逼近 目前开关设备开断水平（220kV，50kA）; （2）220kV变电所的低压侧，尤其是距离负荷中心较近，低压为10kV的变电所， 其短路电流水平接近目前开关设备开断水平（10kV，25kA）; （3）随着省内大容量110kV变压器的逐步推广应用，大容量110kV变压器低压 侧（主要为10kV）额定电流和短路电流水平较之常规容量变压器也有了较大提高。
（模式2）二变电所相距约50～60km，220kV4回线相联。
第一部分：高阻抗变压器主要优势
（模式2）供电能力与500kV变压器阻抗关系
第一部分：高阻抗变压器主要优势
（模式3）
第一部分：高阻抗变压器主要优势
（模式3）供电能力与500kV变压器阻抗关系
第一部分：高阻抗变压器主要优势
1.2 220kV 采用高阻抗变压器的主要优势 从目前省内短路电流水平看，由于110kV网架已经分片解环，故无论苏南 还是苏北，220kV变电所的110kV侧短路电流水平距离设备耐受水平裕度都较 大。故无论采用三圈还是自耦变，采用标准短路阻抗都不会对110kV短路电流 产生影响。 但在低压方面，由于220kV主变容量的增加，额定电流和短路电流水平较 之常规容量变压器也有了较大提高。尤其是部分处于大城市中心地区的变电 所，需考虑采用220kV直降10kV供电，其10kV侧短路电流水平接近目前10kV开 关柜制造水平25kA，目前主要的解决方案是低压串连限流电抗器和采用高阻 抗变压器两种，采用限流电抗器技术难度较小，但与高阻抗变压器相比存在 增加设备占地较大、设备可靠性相对较低等缺点，随着变压器厂家技术进步， 220kV高阻抗变压器方案优势正日益体现。
第二部分：高阻抗变压器制造可行性
2.2 220kV 高阻抗变压器的制造可行性
左表为国家标准中220kV三绕组和自
耦变压器参数表。
由前节介绍可知，220kV高阻抗变压器与 500kV高阻抗变压器不同，在于重点控制 低压侧短路电流水平。目前国内厂家制 造水平，即增加变压器高低、中低压阻 抗，从目前国内厂家制造水平看，220kV 180MVA容量的三绕组变压器可以做到： UK1-2＝14%；Uk1-3=34%；UK2-3=17%， 即高中、中低阻抗可以做到国标1.4~1.8
以上以南京城网东善桥和龙王山两变电所为例，维持现有12％ 、15％阻抗和 更换20％阻抗变压器对降低220kV侧短路电流的影响比较，可见效果明显。
第一部分：高阻抗变压器主要优势
（2）提高分区供电能力：
目前江苏220kV电网已开始规划分片运行，通常每片区有一到两个500kV 变电所和若干220kV接入的发电厂作为支撑。当500kV变电所采用高阻抗主变 后，使得该片区来自500kV系统的短路电流水平降低，从而使得片区内220kV
接入的发电厂容量可以提高或可以增加并列运行的变压器容量，进而提高分
区供电能力。以下为几种220kV片区模式下短路电流和供电能力分析。
第一部分：高阻抗变压器主要优势
（模式1）1个500kV变电所，3台主变独立成一片。
第一部分：高阻抗变压器主要优势
（模式1）供电能力与500kV变压器阻抗关系
第一部分：高阻抗变压器主要优势