一种高可靠性的中性点调压自耦变压器设计
自耦变压器
相关变压器
中和变压器 屏蔽变压器
分隔变压器 吸流变压器
中和变压器
中和变压器（Neutralizing Transformer）：降低强电线对通信线产生影响的一种装置。它的次级线圈个 数与通信导线数相同，并且直接串入通信导线；它的初级线圈串接入两端接地的领示线。这样强电线与领示线中 的电流，会对通线线路产生相应的对地电位。它改变了通信导线的电位分布情况，确保通信线路沿线的对地电位 都不超过限定值。这种串接的方法不会改变通信线路的对地绝缘，同时起到了保护通信线路的作用。它的缺点就 是需要多加一根领示线。
1.自耦变压器是输出和输入共用一组线圈的特殊变压器，升压和降压用不同的抽头来实现，比共用线圈少的 部分抽头电压就降低，比共用线圈多的部分抽头电压就升高。
自耦变压器零序差动保护原理图
⒉其实原理和普通变压器一样的，只不过他的原线圈就是它的副线圈。一般的变压器是左边一个原线圈通过 电磁感应，使右边的副线圈产生电压，自耦变压器是自己影响自己。
随着电力系统向大容量、高电压的方向快速发展，自耦变压器以低成本、高效率等特点，被广泛应用于高压 电力网络中，成为传递重要电能的电压转换设备。作为高压电网中最重要的设备之一，自耦变压器对于确保电网 安全可靠运行、灵活分配电能有重大意义。
随着高铁的快速发展，自耦变压器的可靠性对高铁的安全运行至关重要。而直击雷、接触网异物等引起高铁 短路跳闸事故频发，其产生的短路冲击电流极易引起自耦变压器绕组故障，大大降低了变压器运行的可靠性，严 重影响高铁安全运行。
分隔变压器（Isolating Transformer）：防止强电线对通信线产生影响的一种保护装置。又称为绝缘变 压器。它的工作原理是把变比1:1的初、次级线圈分别插接到一对通信导线上，这样将导线分隔为多段，降低了 导线上的感应纵电势，对通信线路起到了保护作用。适用于音频通信线路，但使用分隔变压器的通信线路上不能 进行直流测试和传送直流信号了。
一种高可靠性的中性点调压自耦变压器设计
一种高可靠性的中性点调压自耦变压器设计会议通知｜EITRT 2019参会注册长按识别左侧二维码，登录报名网站（先注册网站会员，然后提交报名信息）会议微信号摘要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。
特高压变压器调压方式及原理分析
超高压电网常采用中压线端调压方式。由于在调压时绕组的每匝电压不变，不会引起铁芯磁通改变，所以这种调压方式称为恒磁通调压。当中压侧电压调整时，低压侧电压不受或少受影响。因变压器中压侧额定电流大、引线粗，当采用线端调压时，大量引线的绝缘处理难度大，高场强区域范围较大，因而中压侧线端往往成为变压器绝缘的薄弱点。特高压变压器采用中性点调压方式，主要是由变压器的自身特点来决定。1 000 kV级变压器首先应该考虑绝缘问题，如采用线端调压方式，则调压装置的绝缘水平要求很高，其可靠性难以保证。
某特高压主变压器的铁芯采用单相五柱式，三个立柱的高压绕组、中压绕组和低压绕组分别并联引出，每柱上的绕组排列顺序为：铁芯柱-低压绕组=中压（公共）绕组-高压（串联）绕组。其7个绕组的匝数如下：NHV=NMV=854；NLV=310；NPV=649；NPV'=460；NBV=86；NTV=±45×4，1档位时为45×4，9档位时为-45×4，1到9档位分接等差递减[5]。第1档位X2对应于分接开关的端子为8[4]。
特高压变压器调压方式及原理分析
赵东森;徐育福
【摘 要】自耦变压器调压分为有载调压和无励磁调压两种类型,按位置可分为中压侧线端调压、中性点调压、串联绕组末端调压等方式.本文阐述了某ODFPS-1000000/1000变压器利用中性点调压改变磁通进行调压,并给出了磁通量、线圈匝电势及其三侧相电压线性变化情况,特别是对补偿原理进行了公式推导和原理分析.
中压侧线端调压方式，常见接线情况如图1(a)、(b)所示。此调压方式将调压开关直接接于中压侧出线端部，当高压侧电压保持不变、中压侧电压变化时，按电压升高或降低相应地增加或减少匝数，保持每匝电势不变，从而保证自耦变压器铁芯磁通密度为一恒定数值，消除过激磁现象，使第三绕组电压不至于发生波动。如果高压侧电压变化时，变压器的励磁状态虽然也会发生变化，影响到低压侧的电压数值，但这种变化远较中性点调压方式为小，不会大于电压波动范围。
很实用的自耦变压器设计方法方法
U1I1自耦变压器设计一.自耦变压器的定义绕组间具有电磁及电气连接的变压器称为自耦变压器。
自耦变压器的优.缺点：优点：体积小，成本低，传输功率大，效率比普通变压器高，电压调整率比普通变压器低。
缺点：由于绕组间具有公共的连接点，电磁及电气有连接，所以不能作为隔离变压器使用。
二.自耦变压器设计原则：自耦变压器的设计应按照电磁感应传递的功率即结构容量（也就是铁芯功率）来设计，而不是按其传递容量即输出功率P来设计。
三.自耦变压器的特点：特点：公共绕组的电流是初.次级电流之差.四.自耦变压器的结构容量计算：1.升压式I23如图一所示,0----U1输入,0----U2输出,功率P.初级电流I1=P/U1次级电流I2=P/U22U2I1-I21图一公共绕组电流为I1-I2设计输入:初级输入电压：U1次级输出电压：U2-U1次级输出电流：I2结构容量V AB=(U2-U1)×I2=U2I2-U1I2=P-U1×P/U2=P×(1-U1/U2)结构容量相等的公式:U1×(I1-I2)=(U2-U1)×I2=P×(1-U1/U2)例题1:0---100V输入,0----120V输出,功率为600V A的自耦变压器.解:初级电流I1=600/100=6A次级电流I2=600/120=5A公共绕组电流I1-I2=6A-5A=1A结构容量V AB=P×(1-U1/U2)=600×(1-100/120)=100V A结构容量相等:100V×1A=20V×5A=100V A设计输入:初级输入电压：100V次级输出电压：20V次级输出电流：5A2.降压式如图一所示,0----U1输入,0----U2输出,功率P.初级电流I1=P/U1I12I1U1I23次级电流I2=P/U2I2-I1U2公共绕组电流为I2-I11设计输入:初级输入电压：U1-U2次级输出电压：U2次级输出电流：I2-I1结构容量V AB=U2×(I2-I1)=U2I2-U2I1=P-U2×P/U1=P×(1-U2/U1)结构容量相等的公式:U2×(I2-I1)=(U1-U2)×I1=P×(1-U2/U1)例题2:0---120V输入,0----100V输出,功率为600V A的自耦变压器.解:初级电流I1=600/120=5A次级电流I2=600/100=6A公共绕组电流I2-I1=6A-5A=1A结构容量V AB=P×(1-U2/U1)=600×(1-100/120)=100V A结构容量相等:100V×1A=20V×5A=100V A设计输入:初级输入电压：100V次级输出电压：20V次级输出电流：5A例题3:自耦变压器0V~187V~220V，187V抽头电流为120A。
OSFSZ11-180000220有载调压自耦变压器电磁设计毕业论文
毕业设计
题目：OSFSZ11-180000/220有载调压自耦变压
器电磁设计
院系：电气与电子工程学院
姓名：
指导教师：
系主任：
OSFSZ11-180000/220有载调压自耦变压器电磁设计
摘
随着我国国民经济的迅猛发展,对电力的需求不断加大,从而促进了输变电行业的发展。经济发达地区的城市居民用电量已达到或接近先进国家水平,220kV变压器已进入城市中心地区和工业经济园区,成为供电的中枢。220kV变压器可以做成油浸式自耦变压器,这样可以节省铜、硅钢片、绝缘材料等原材料,还可以降低损耗,减小变压器的体积等。如果设计合理,就会生产出低损耗、低噪音、安全性强、抗短路、低局放的自耦变压器。自耦变压器的短路阻抗计算与普通的变压器不同,因为其原副边不仅有磁的联系,还有电的联系。
进入21世纪后，知识创新、技术创新和高新技术产业已是当今世界各国综合国力竞争的核心，科技竞争力将成为国民经济发展和政治稳定的重要因素，在科学技术已经成为世界经济增长第一要素的形势下，世界电力工业的科技进步与创新也越来越快，要发展我国电力工业，加快科技进步与创新是十分重和迫切的，设备的更新更占有重要的地位。
油循环自然冷却(油浸自冷式)、自然油循环风冷(油浸风冷式)、强迫油循环水冷却、强迫油循环风冷却。本文研究的变压器产品是油浸风冷式。
油浸式变压器可分为普通变压器和自耦变压器。普通的变压器是通过原、副边绕组电磁耦合来传递能量，原、副边没有直接的电的联系，自耦变压器原副边有直接的电联系，它的低压绕组就是高压绕组的一部分。如图1-1所示，当原绕组W1接入交流电源U1k时，原绕组每匝的电压降，电压平均分配在原绕组A、X之间，副绕组W2电压等于原绕组每匝电压乘以a、x的匝数。在U1k不变情况下，变更W1和W2的比例，就可以得到不同的U2值。这种原、副绕组直接串联，自行耦合的变压器称为自耦变压器，又叫单圈变压器。自耦变压器原、副绕组电流方向和普通变压器一样是相反的。自耦变压器的变压比有固定的和可调的两种。降压起动器中的自耦变压器的变压比是固定的，而接触式调压器的变压比是可变的。在目前的电网中，从220kV电压等级才开始有自耦变压器，多用作电网间的联络变。220kV以下几乎没有自耦变压器。
超高压自耦变压器调压方式分析
超高压自耦变压器调压方式分析摘要：超高压自耦变压器是输电系统中的重要设备，已广泛应用于输变电系统，其调整电压的能力和质量直接影响到系统的安全平稳运行。
选择合理、可靠的调压方式对变压器的安全运行尤为重要。
关键词：超高压;自耦变压器;调压方式;调压位置;分接开关引言自耦变压器又称作联络变压器是输电系统中的重要设备，其调整电压的能力和质量直接影响到系统的安全平稳运行。
目前，超高压自耦变压器已广泛应用于输变电系统，本文对超高压自耦变压器的不同调压方式、调压位置进行比较论述，以便于读者合理选择超高压自耦变压器调压方式。
1.超高压自耦变压器的特点自耦变压器的一次、二次绕组之间即有磁的耦合，还有电的联系。
具有如下特点[1]：（1）计算容量小于额定容量，在同样的额定容量下，自耦变压器比普通电力变压器使用的硅钢片、铜线等主要材料少，成本低、体积小。
（2）在同样的电流密度和磁通密度下，自耦变压器的空载损耗和负载损耗相对低，效率高。
所以在超高压电力系统中，广泛采用自耦变压器作为联络变压器。
表1常用超高压自耦变压器电压组合高压侧电压kV中压侧电压kV330kV自耦变345121500kV自耦变525230750kV自耦变7653452.超高压变压器的调压方式目前国内电网用超高压自耦变压器都是调节中压侧电压，调压方式有线性调和正反调两种，接线原理图见图1、图2。
HV是串联绕组;MV是公共绕组;TV 是调压绕组;A是高压引出端子;Am是中压引出端子;X是中性点引出端子。
图1中压线性调压接线原理图图2中压正反调压接线原理图2.1线性调压图1所示中压线性调压，中压侧的电压是MV和相应接入的TV的电势之和，在不同分接时通过接入不同匝数的TV来实现中压侧的电压调整。
其高压侧的电压是HV、MV以及TV的电势之和。
在变压器设计时，TV的匝数按照中压侧电压调整的全范围电压确定;MV的匝数按中压侧最负分接电压确定;确定HV匝数的电压则是高压侧电压减掉中压侧最正分接电压[2][3]。
500kV自耦变压器中性点加装小电抗的应用分析
500kV自耦变压器中性点加装小电抗的应用分析摘要：随着社会的不断发展，科技的不断进步，我国各个领域均得到了很好的发展，人们的生活质量也有了更大的提升。
在当代社会发展中，电网建设情况如何一直备受关注，为了完善此方面建设，我国也投入了更大的资金、技术以及人才方面的支持。
中性加装小电抗是限制500kV自耦变压器出现短路电流的有效措施，在应用时存在的问题也极大的影响了其应用效果。
本文通过查阅相关资料，简要介绍了变压器中性点绝缘水平的校核及避雷器的选择、变压器中性点操作过电压和暂态电流，以及变压器中性点小电抗的选型研究。
关键词：500kV自耦变压器；中性点；加装小电抗；应用前言500kV自耦变压器近年来成为了电网建设中的重要组成部分，在将小电抗应用其中后，更使得其在很多方面均得到了完善，且也能够基本满足电网装机容量和网架结构的高速发展要求。
由于500kV电压等级大多采用自耦变压器，发电厂多台升压变压器中性点直接接地等原因，导致本站或附近变电站的零序电抗急剧下降，甚至频繁出现短路问题。
此种情况若不能够得到及时有效的解决，势必会对今后电力行业发展造成影响，也会带来很多安全问题。
一、500kv主变压器采取措施降低220kv电网短路电流若要实现该目的，可以从如下几个方面入手：一，增大短路阻抗，该措施若能够得以实现，则可以很好的减少短路电流的影响，若其未得到减少却反而增加，则会导致功耗变大，且也会导致系统电压出现变化，在整体设计中也会遭遇很多困难，实施也往往不能够顺利进行；二，改变自偶变压器，其对降低短路电流也有较好的作用，在此方面的关键是普通三圈变，其增大多少还是要根据实际情况而定。
另外，中性点接地也十分关键，控制其数目才能够更好地控制接地效果；三，实现小电抗接地，该方式能够减少电网产生的限制，同时也可以避免大量更换断路器的繁杂工作，更能够减少成本投入，为相关企业提升经济收益，在社会效益方面也有着较大的价值[1]。
500kV自耦变压器中性点经小电抗接地方式在电力系统中的应用_朱天游
APPLICATION OF AUTOTRANSFORMER NEUTRAL GROUNDING BY SMALL REACTANCE IN 500kV POWER SYSTEM
Zhu T ianyou Cent ral So ut her n China Elect ric Pow er Design Inst it ut e
2 我国500kV 大型电力系统短路水平展望
根据 1997年 下半 年几 个设 计单 位完 成的 2010 年 电力系统规划设计, 华东、华北、华中、东北四大电网 2010年装机容量分 别将达到98300、90540、70270和 67351M W, 为现有装机容量的2. 5～3倍, 这将引起 短路电流水平的急剧上升, 加以网络的加强, 大量自 耦变压器的使用, 更将出现单相短路电流大于三相 短路电流的情况。表1列出了上述电网几个典型变电 站的短路电流水平。
下降而导致单相短路电流增大, 以致大于或接近于
三相短路电流。
( 3) 随着电网的发展, 受端网络日益加强, 同时, 受端负荷中心的负荷密度不断增大, 使得500kV 变 电站更加密集。本文所举的上海、北京、鄂东和辽阳
等负荷中心电网, 站距均在20～60km 间, 增加了单 相短路电流大于三相短路电流的可能性。
由此可见, 500kV 自耦变压器中性点经小电抗 器接地是一项限制220 kV 侧单相短路电流极为有 效的措施。
4 中性点经小电抗接地的500kV 自耦变压 器电 抗值计算
对于中性点经小电抗接地的普通变压器, 当 Y o 接法的绕组中通过零序电流时, 中性点接地阻抗上 将流过三倍零序电流, 并产生相应的电压降, 使中性 点产生与大地不同的电位。因此, 其零序等值阻抗应 为该绕组的漏抗与三倍中性点小电抗之和。
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技术与应用
2019年第9期
117一种高可靠性的中性点调压自耦变压器设计
徐春苗 司秉娥
（特变电工沈阳变压器集团有限公司，沈阳 110144）
摘要 印度常规400kV 电压等级有载调压自耦变压器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。
关键词：自耦变压器；波过程；中性点侧调压
Design of auto transformer with neutral end tapping for better reliability
Xu Chunmiao Si Bing’e
(TBEA Shengyang Transformer Group Co., Ltd, Shenyang 110144)
Abstract Indian 400kV auto transformer taps are provided on 220kV side series winding. The tapping lead take out from inside 220kV tap winding is big challenge for transformer design. In this paper present a new design of auto transformer with neutral end tapping for better reliability and economy. According to technical and economic comparition and analysis.
Keywords ：auto transformer; wave process; neutral end tapping
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[1-10]。
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 容量/MVA 500 电压等级/kV 400/220/33 阻抗（高压—中压） 12.5%（额定分接） 高压绝缘水平 SI1050/LI1300/AC570 中压绝缘水平
LI950/AC395 低压绝缘水平
LI250/AC95 线圈排列 LV —TAP —MV —HV
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
图1绕组排列示意图
图2绕组接线原理图
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
处的最大磁通密度应被限制在（1.727
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。
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。
传统设计与中性点侧调压设计的损耗和重量比较
技术参数220kV侧调压/%中性点调压/% 备注
负载损耗100 100
负载损耗不变
额定分接
空载损耗100 90
100 97
铁心重100 107
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。
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技术与应用
2019年第9期
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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
调压位置 线圈 阻抗计算/%
最大分接+5% HV —MV 11.1 额定分接 HV —MV 12.5 最小分接−5% HV —MV 14.1 额定分接 MV —LV 58.0 额定分接
HV —LV
42.0
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。
5 结论
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。
参考文献
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油浸式串联变压器技术解析[J]. 电力工程技术, 2018, 37(1): 14-18.
收稿日期：2019-02-20 作者简介
徐春苗（1982-），男，辽宁辽阳人，硕士研究生，工程师，主要从事变压器设计与研究的工作。
（上接第116页）
线保护及辅助装置标准化设计规范[S].
[6] 高中德, 舒治淮, 王德林. 国家电网公司继电保护
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[10] PCS-931-G 系列超高压线路成套保护装置说明书[Z].
南京南瑞继保电气有限公司, 2016.
收稿日期：2019-01-29 作者简介
冯小萍（1979-），女，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为电力系统继电保护与控制。