特高压交流变压器结构及保护配置
特高压变压器绝缘资料
2 特高压变压器绝缘设计分析
主绝缘设计重点是在各种试验工况下, 对各 油隙及电极表面场强均按无起始局部放电 场强进行严格控制, 以确保主绝缘的可靠性。 纵绝缘结构研究重点是计算分析在各种试 验电压下高压线圈饼间绝缘强度, 尤其是重 点校核雷电冲击电压下各线圈的冲击电压 特性, 确保纵绝缘结构满足耐受雷电冲击电 压绝缘强度的要求
2. 2 特高压换流变绝缘设计
换流变压器阀侧绕组除承受交流电压、 雷电冲击电压和操作过电压外, 还承 受直流电压、 直流与交流的复合电压和系统发生潮流反转时产生的极性反转 电压的作用( 网侧绕组承受交流电压、 工频交流感应和外施试验电压、 雷电 冲击电压和操作过电压等多种试验) 。换流变压器网侧绕组的主、 纵绝缘结 构与常规直流类似, 绝缘设计的关键在于阀侧绕组的主、 纵绝缘结构。向上 特高压直流工程换流变压器与? 500 kV 直流输电工程用换流变压器相比, 雷 电和操作冲击的水平提高的不多, 而交流长时外施、 直流长时和直流极性反 转耐压水平有大幅度的提高。 线圈排列方式为: 铁心- 调压线圈- 网侧线圈- 阀侧线圈- 油箱, 如图 9 所示。 由于绕组绝缘水平的提高, 要相应增加线圈之间及端部绝缘的主绝缘距离。通 过增加角环、 纸筒和纸圈的数量, 并合理地布置, 来保证绝缘结构在交流、 直 流和极性反转电压作用下电场的合理分布, 有效地提高油、 纸绝缘结构的绝 缘强度。在特高压换流变压器结缘设计过程中, 分别对阀侧线圈在长时 AC 外 施试验电压、 DC带局部放电测量的耐压试验电压、 极性反转试验电压下的 电场进行了反复的计算分析, 并在此基础上不断优化结构, 以保证绝缘结构在 各种作用电压下都有足够的绝缘裕度。 特高压换流变压器的网侧绕组首端要承受全波1550 kV 的雷电冲击电压, 网侧 线圈可采用纠结连续式, 线圈首端若干段为纠结段。在网侧线圈的上下端部设 置静电板, 以改善线圈端部电场分布, 提高绝缘强度。
1000kV特高压变压器低压侧保护配置投切问题分析探讨_田秋松
虽 然 负荷 开 关不 能用 于 开 断短 路 电流 , 但 是 开断 电 流 接 近无 功 设备 额 定 电流 , 这 意 味着 如 发生 电容 器
一 乏 价 犷 沙 减 冬
不平衡保护动作 、电抗 器匝间故障等故障电流较小 情 况时 可 以使 用 负荷 开关隔 离故 障 的电容 器或 电抗
器 , 而不 影 响该 分 支母 线 上 的 其 他无 功设 备 或 站 用 变 压 器正 常运 行 。 由于 上述 类故 障所 占的 比例 较
短路 电流断路器上实现 , 负荷开关代替常规 的 凡 柱 式 分 支 开 关 专 门作 为 投 切 设 备 使 用 , 具 有 开 断 短路 电流功 能的分支断路器专门用作切除故障短 路电流 。
, 负 荷开 关 和分 支 断路 器的 应用
负荷 开关 已经 通 过 了现 场
《 旧次 电寿命 测 试 ,
当母 差保 护 、 主变 压器 保护 动作跳 开分 支母线 断路 器时 , 若分 支母 线 断路器 失 灵 , 母 差失灵 保护也 通过 主变压 器保 护 跳开 主变 三侧 开关 。 如 图 所 示 , 当分支 母 线 断路 器 失 灵 时 , 需要 借
模 式 下计 算 得 到 的不 平衡 电流值 , 并应 考 虑谐 波 电 流的影 响 。 接 线方 式 , 以保 证各 相不平 衡 电流 的准确传 送 。 南 阳站 电容 器 不 平衡 保 护按 两 段 式设 计 , 当切
靠 , 回路 使用 中间继 电器重 动 , 主变压 器保 护装 置采
新型 开关 投切 操作 相关 保护跳闸的投人 硬 压板 与 差 动 保 护 的投 人 硬 压板 相 同 其 跳 闸 出 口
逻辑 与 “主 保 护跳 闸控 制字 ” 一致 。
毋 线保护屏 屏 主变保护屏 屏
±1100kV直流换流变压器
±1100kV直流换流变压器一、产品简介±1100kV特高压直流输电技术是一个全新的电压等级，也是目前世界输电技术的最高点，而且新疆电网已经以750kV交流电压等级和西北电网联网，若实现交直流并行输电，网侧电压将采用750kV，阀侧电压将达到±1100kV。
此产品将依托国家电网公司准东送出±1100 kV特高压直流输电工程开发研制。
±1100kV直流系统拟采用每极双十二脉动换流器“550kV＋550kV”串联的接线方案，如图1所示。
额定直流电流:4750A。
考虑投入备用冷却设备后、在当地最高环境温度下，直流系统的最大电流达到5000A。
主回路考虑直流系统双极运行方式，1100kV直流额定输送功率10450MW。
图1 “550kV＋550kV”换流器接线方案换流变压器电气接线与每个12 脉动阀组相连的有6台换流变压器，图1中的“换流变HY”和“换流变LY”各3台，换流变压器的阀侧绕组采用星形连接，“换流变HD”和“换流变LD”各3台，阀侧绕组采用三角形连接。
从高压端到低压端换流变压器阀侧绕组连接方式依次为星形接线－三角形接线－星形接线－三角形接线。
二、技术介绍（一）产品技术特点1、节能、环保、高效。
目前，我国电力电压等级最高的直流输电项目为±800kV特高压直流输变电工程，但新疆能源基地距离中东部用电负荷中心超过2400公里，若采用±800kV特高压直流输电技术，电力外送损耗可能超过10%，因此，±1100kV直流输电技术，是我国实现远距离大容量输电的重大战略举措，更加节能、环保、高效。
2、传输容量大，建设成本降低。
±1100kV直流输电与±800kV直流输电、两个±500kV直流输电比较：1）输送容量大幅提升。
2）占地面积小。
3）输电线路造价低, 输电用电缆与±800kV相近，比±800kV总体输送容量高，比两个±500kV输电线路造价少一半。
探究特高压变压器及调压补偿变压器原理
探究特高压变压器及调压补偿变压器原理1. 引言1.1 特高压变压器的定义特高压变压器是指工作在超过1000kV的电压等级下的变压器，是电网输电系统中承担重要任务的关键设备之一。
特高压变压器能够对电压进行有效调节和传输，以确保电力系统的稳定运行和负荷分配。
特高压变压器通过变换输电线路上的电压等级，将高压输电线路输送的电能适配到不同负载的需要，起到了电压控制、电能传输和功率匹配的重要作用。
特高压变压器的性能直接关系到电力系统的安全稳定性和经济运行，因此在电力系统中具有非常重要的地位。
特高压变压器的设计和制造水平，直接影响到国家电网的安全稳定运行，提升了电网输电能力和供电质量，对维护电网运行的稳定性和可靠性起着至关重要的作用。
特高压变压器在电力系统中扮演着不可替代的角色，是推动电力系统发展和提升输电能力的关键设备之一。
1.2 调压补偿变压器的作用调压补偿变压器是电力系统中的一种重要设备，它的作用主要是用来控制和维持电力系统中的电压稳定。
在电力系统中，电压的稳定性对于电力设备的运行和电力负荷的分配都至关重要。
而在实际运行中，电力系统中的电压往往会因为各种原因而波动，这时调压补偿变压器就起到了关键作用。
调压补偿变压器通过控制变压器的工作状态，可以实现对电力系统中的电压进行调节和补偿，从而使电力系统中各个节点的电压保持在规定的范围内，确保电力设备能够正常运行，提高电力系统的稳定性和可靠性。
调压补偿变压器可以对电力系统中的电流进行调节，改善电力负荷分布，减小线路损耗，提高电力系统的效率。
调压补偿变压器的作用是确保电力系统中的电压稳定，保障电力设备的供电质量，提高电力系统的运行效率和可靠性。
在电力系统中，调压补偿变压器是不可或缺的重要设备。
2. 正文2.1 特高压变压器原理特高压变压器是指额定电压在1000kV及以上的变压器。
其原理主要包括电磁感应原理和能量传递原理。
电磁感应原理是指当高压侧绕组通入交流电流时，在铁心中产生的磁场将感应出低压侧绕组中的感应电动势，从而实现电压的升降变换。
特高压交流变压器结构与保护配置
单相变压器理想化空投等值电路
励磁涌流的产生
电网电压与变压器铁芯磁通建立直接的关系为：
u U m c o s (t ) d /d t 1
由式1所示的微分方程可以得到空载合闸时的铁芯 磁通：
m c o s( t ) m c o s() r 2
稳 态 分 量 暂 态 分 量
单相变压器理想化空投等值电路
流入差动继电器的不平衡电流与变压器高、低压侧电流互感器的励磁电流相关，电流互 感器励磁涌流直接流入差动保护装置，引起保护误动作。 〔3〕变压器励磁涌流产生的不平衡电流
任何一个变压器都可以等效为一个由ｎ条电路加１条磁路的等值电路，励磁回路相当于
变压器内部故障的故障支路，当变压器产生励磁涌流时，该电流将全部流入差动继电器， 形成不平衡电流。由于励磁涌流很大，假如单独依靠调整差动保护动作定值，会使得差动 保护在变压器内部故障时灵敏度降低，甚至引起差动保护误动作。 〔4〕变压器调压时产生的不平衡电流
2、减小不平衡电流影响的主要措施 为了减小电流互感器计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流， 传统方法是通过平衡线圈消除，而微机保护可以通过软件实现电流幅值 的准确平衡调整； 在我国智能电网快速开展的今天，可以采用电子式光电互感器来消除 由于ＣＴ传变误差引起的不平衡电流； 对于变压器励磁涌流产生的不平电流，可以通过通过多种方法实现励 磁涌流的抑制或者识别，保证差动保护不会因为涌流而发生误动作； 对于变压器调压引起的不平衡电流，目前在工程实际中主要在档位改 变时，投退不同的定值单的方法来躲过不平衡电流，但是这种保护定值 的不断切换，为现场实际工作带来了诸多的不便，有必要引入新方法， 科学合理地补偿不平衡电流。
特高压电力变压器
特高压电力变压器
电力变压器是利用电磁感应原理，将一个等级的交流电压和电流变成频率相同的另一个等级或几种不同等级的电压和电流的电器。
其作用是将不同电压等级的输电线路和设备连接成为一个整体。
它由1个或几个绕组套于铁心上制成。
不同绕组间通过磁链的耦合，使电能得以在不同的电回路中传递，以实现传输和分配电能的目的。
特、超高压电力变压器的绕组一般都是纠结式。
特、超高压电力变压器按用途不同可分为升压变压器、降压变压器、联络变压器等。
特高压电力变压器主要有发电机升压变压器（两绕组）和自耦变压器2类。
由于特高压输电系统的中性点都是直接接地，自耦变压器的中性点一般也是直接接地，其绝缘水平很低。
自耦变压器如果需要有载调压，一般都在中性点调压。
发电机升压变压器不需要有载调压装置，甚至不设无载调压分接头，以简化特高压大型变压器的结构。
特高压电力变压器的特点如下：(1)容量很大，一般三相容量都在1000MVA以上，甚至达到几千兆伏安；（2）绝缘水平高，基准绝缘水平（雷电冲击绝缘水平）高，一般在1950～2250kV之间或更高；（3）由于容量大和绝缘水平高，其重量与体积必然很大；（4）设计和制造时需要考虑运输的条件，一般为单相结构。
在特、超高压变电设备中，变压器是最昂贵的设备，考虑到它在系统中所占的重要地位，对其可靠性提出很高的要求。
因此，都采用在靠近变压器的位置安装避雷器保护，变压器的操作和雷电冲击试验电压的取值一般比开关类设备低。
1000 kV特高压主变压器差动保护配置分析
电力系统2020.12 电力系统装备丨81Electric System2020年第12期2020 No.12电力系统装备Electric Power System Equipment与500 kV 变压器继电保护装置相比，1000 kV 特高压主变压器的性能更加优越。
但是，当前对1000 kV 特高压主变压器的研究还较少，且许多运维人员对主变压器差动保护装置的了解非常有限，这就给后续检修工作的展开带来了影响。
因此，应加强研究与分析1000 kV 特高压主变压器差动保护装置，确保其能完善地反映出各种故障的差动保护，给电网的稳定运行提供可靠性保障。
本文针对1000 kV 特高压主变压器差动保护装置展开具体的分析与讨论。
1 差动用TA 极性及保护范围1.1 差动用TA 极性选择将全部的TA 极性达到相同的效果，就是差动保护目标的实现。
相关工作人员从行业标准出发，基于TA 极性视角，将其与母线部分实施全面连接，在这一环节，工作人员在母线的一边开展连接处理的同时，在背离变压器的一边，连接变压器的TA 极性，进行有效设置，而正方向应规定为电流指向变压器的一侧。
此外，为了确保TA 极性选择的正确性，在施工之前，应对其进行反复检查，不仅要做好系统测试工作，还应在送电之后再次对其展开负荷测试，以此才能实现对TA 极性的合理选择[1]。
1.2 差动保护用TA 配置用TA 装置，可实现对1000 kV 特高压主变电压器的差动保护，避免其在运行过程中出现故障问题。
其中，差动的保护范围就是指TA 的安装范围。
纵联差动保护主要保护三侧开关TA 之间，而分相差动保护较纵联差动保护而言，所能够保护的范围更加广泛，主要实现对中压侧开关TA 和低压绕组出线套管TA 之间的保护。
而低压侧小区差动保护实现了对分相差动保护范围的有效补充，保护范围主要为低压出线套管和低压侧开关TA 之间。
此外，对于1000 kV 特高压主变压器而言，其分侧差动保护所使用的电流主要来自TA1、TA2和TA5。
特高压电网继电保护配置方案的探讨
两端 断路 器 断开 时间 差 ２ 。 ０ ｍｓ２套 主保 护必须从 电 流互 感 器 、 电压互 感 器 交流 输 入 、 流 电源 、 护 屏 直 保
到跳 闸线 圈完 全独 立 。若没 有 配置通 过 通道传送 跳 闸信 号 的后备 保 护 ，可 以配置 专 门的按 相测量 的过 电压 继 电器 。 电压继 电器 动作 后 ， 过 经或 不经延 时跳
１ 特 高压 电 网 的继 电保 护 配 置 方 案
１１ 特 高压输 电线 路 的保护配 置 ．
高频分量 ， 加之故障类型复杂 ， 过渡 电阻多变 ， 使得
故 障时 的 电压 电流数 值 、 形在 很大 范 围 内变化 ， 波 因 此各 种保 护原 理都 有 一定 的弱 点 ，所 以采用 同一原
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７ ８ ２０ ０６年 ｌ 月 １
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第２ ５卷 增 刊
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特高压 电网继电保护配置方案 的探讨
张 小 易 张 柯 ，
（． １江苏省 电力试 验 研究 院有 限公 司 ， 苏 南京 ２ ０３ ；． 省 电力 试验 研究 院 ， 江 １０６ ２河南 河南 郑 州 ４ ００ ５０ ０）
理 的 ２套 主保 护 可能 会在某 种 特定 的运 行方式 和故 障情 况下 都不 能 动作 。 了克服 这些 缺点 ， 于特 高 为 对
１１ 主保 护 的配置 ．． １
对 于 高 压输 电 线 路 继 电保 护 配 置 的基 本 要 求
是 ： 满足 速动 性 、 敏性 、 择性 、 靠性 （ 在 灵 选 可 简称 四
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差动保护是变压器的主保护，特高压变压器各差动保 护 的 保 护 范 围 通 过 电 流 互 感 器 ( current transformer，CT ) 布置情况进行分析各差 动保护的功能及范围。
特高压变压器差动保护的配置
纵联差动保护的保护范围最大，理 论上可以动作于整个特高压变压器保 护区内故障，但是实际运行发现，对 于调压绕组与补偿绕组发生轻微匝间 短路时，该保护灵敏度减低甚至出现 保护拒动，因此引入保护范围较小的 其他类型差动保护；
励磁涌流的产生
建立一台单相变压器的等值电路来分析励磁涌流产生原因，以及合闸初相 角和变压器铁芯剩磁对励磁涌流的影响。
u 为时域电网电压；
R 1 为变压器原边漏电阻； L 1 为变压器原边漏电感； R m 为变压器励磁电阻； L m 为变压器励磁电感。
考虑损耗的单相变压器空投等值电路
为方便计算，做出如下假设； (1)电源采用理想电源及线路无损耗； (2)变皮器原边漏电阻与漏电感均为零； (3)忽略激磁电阻，变压器原边匝数为一匝。
现代电网继电保护原理课程汇报
特高压交流变压器继电保护配置
特高压变压器结构：黄天力 差动保护：柯颢云、陈庆
励磁涌流：陈波、叶元、郑启 过流保护：邓靖雷、龚暘
其他非电气量保护：董邦天、叶迪 PPT汇报、制作：张钟睿、黎敏
2017 年 5月
汇报提纲
1. 特高压变压器的结构特点 2. 差动保护 3. 励磁涌流 4. 过流保护 5. 其他非电气量保护
针对纵联差动保护对调压补偿变轻微匝间短路的灵敏度不足的问题，特高压 变压器配置了单独的调压补偿变差动保护。
特高压变压器差动保护回路中的不平衡电流
1、变压器不平衡电流产生原因 （1）ＣＴ计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流
变压器及电流互感器的变比是按照相关标准生产的，即变压器与电流互感器一旦出厂后
CTH1 /CTH2、 CTM1 /CTM2、 CT5
补偿变差动 CT8、CT6 保护
变压器各侧的各类 故障
高、中压侧绕组和 引线的接地和相间 故障，不保护绕组 的匝间故障
补偿变内部绕组所 有故障和引线故障
励磁涌 流闭锁 判据 是
否
是
特高压变压器CT布置图
调压变差动 CT5、CT6、CT7 保护
调压变压器内部绕 是 组所有故障和引线 故障
分侧差动保护只体现主体变串联绕 组及公共绕组的故障，虽然保护范围 减小，但是灵敏度较高；
分相差动保护不存在差流合成，得到的差流能够最真实的反映出励磁涌流与 故障电流的本质特征，对于该保护区内发生的轻微匝间短路有较高的灵敏度；
低压侧小区差动保护对特高压变压器低压套管引出线到低压母线间发生故障 时起到保护作用；
1. 特高压变压器的结构特点 2. 差动保护 3.励磁涌流 4. 过流保护 5. 其他非电气量保护
110KV 500KV
高压侧1000KV 中 压 侧
差动保护
各差动保护的功能及范围
保护名称
组成结构
作用范围
纵联差动保 护
分侧差动保 护
CTH1 /CTH2、 CTM1 /CTM2、 CTL1 /CTL2
，变比就是固定不变的。在现场运行实际中，变压器与电流互感器的实际变比与按照公式 计算出的变比很难吻合，所以很可能引起不平衡电流，影响差动保护动作的可靠性。 （2）ＣＴ传变误差引起的不平衡电流
流入差动继电器的不平衡电流与变压器高、低压侧电流互感器的励磁电流相关，电流互 感器励磁涌流直接流入差动保护装置，引起保护误动作。 （3）变压器励磁涌流产生的不平衡电流
主体结构示意
变压器三相分体布置1000KV/500KV/110KV
变压器主体与调压补偿变分箱布置
变压器铁芯结构
变压器内部绕组
特高压单相接线图
特高压变压器高、中、低压侧绕组采用YN-yn-d11接线。主体变和调 压补偿变通过管路母线连接组合后可作为一台完整的变压器使用， 也可将主体变单独使用
汇报提纲
汇报提纲
1. 特高压变压器的结构特点 2. 差动保护 3.励磁涌流 4过流保护 5. 其他非电气量保护
产生的原因及其危害
• 产生的原因：变压器励磁涌流是指变压器空载合闸时，由于变压 器铁芯的饱和而产生的暂态电流。
• 造成的危害：变压器励磁涌流会引起电力系统电压骤降、谐波污 染、和应涌流、铁磁谐振等。（因而进行抑制励磁涌流的研究， 对保障电网的安全稳定运行至关重要）
2、减小不平衡电流影响的主要措施 为了减小电流互感器计算变比与实际变比不一致产生的不平衡电流， 传统方法是通过平衡线圈消除，而微机保护可以通过软件实现电流幅值 的精确平衡调整； 在我国智能电网快速发展的今天，可以采用电子式光电互感器来消除 由于ＣＴ传变误差引起的不平衡电流； 对于变压器励磁涌流产生的不平电流，可以通过通过多种方法实现励 磁涌流的抑制或者识别，保证差动保护不会因为涌流而发生误动作； 对于变压器调压引起的不平衡电流，目前在工程实际中主要在档位改 变时，投退不同的定值单的方法来躲过不平衡电流，但是这种保护定值 的不断切换，为现场实际工作带来了诸多的不便，有必要引入新方法， 科学合理地补偿不平衡电流。
任何一个变压器都可以等效为一个由ｎ条电路加１条磁路的等值电路，励磁回路相当于
变压器内部故障的故障支路，当变压器产生励磁涌流时，该电流将全部流入差动继电器， 形成不平衡电流。由于励磁涌流很大，如果单独依靠调整差动保护动作定值，会使得差动 保护在变压器内部故障时灵敏度降低，甚至引起差动保护误动作。 （4）变压器调压时产生的不平衡电流
单相变压器理想化空投等值电路
励磁涌流的产生
电网电压与变压器铁芯磁通建立直接的关系为：
u U m c o s (t ) d /d t 1
由式1所示的微分方程可以得到空载合闸时的铁芯 磁通：
m c o s( t ) m c o s() r 2
通过改变变压器档位实现调压，可以实现电网无功的含理分布，而改变变压器档位的实
质就是在改变变压器的变比。当变压器变比由于调压而发生改变时，ＣＴ变比不可能再发 生变化，而差动保护定值一般会按照额定变比来整定。故调压破坏了ＣＴ与变压器的变比 平衡，必然会产生不平衡电流。
特高压变压器差动保护回路中的不平衡电流