学文网摘 要：文章针对昆明供电局110kV呈贡变更换下来的110kV三绕组变压器搬迁至怒江110kV茨开变按装绕组变运行所遇到的设计问题进行讨论分析。
关键词：主变压器；静电感应；电磁感应；过电压
1 概述
由于负荷的发展，昆明供电局110kV呈贡变电站原有31.5MVA三相三绕组主变压器已不能满足变电站运行的要求，需更换容量更大的变压器。为了在全生命周期内对该设备进行有效的利用，将其搬迁至怒江110kV茨开变电站作为#2主变压器作为110kV/双绕组变压器使用。这种运行方式除了变压器低压绕组Y/相角差问题导致该变压器和变电站原有变压器不能够并列运行外，变压器悬空的10kV绕组面还临着严峻的过电压问题。对于前者可以通过调整运行方式解决，但对于后者处理不当将会给变电站设备的安全运行带来风险。
2 主要面临的问题
由于变压器10kV绕组未接外部电路，因此没有外部电路传入的雷电及操作过电压的风险，主要过电压风险来自中高压侧所接外部电路侵入传递过来的工频、雷电及操作过电压。
2.1 高压绕组的波过程
如***1所示每相变压器绕组等值电路由绕组电感L0，匝间电容K0及绕组对地电容C0串并联组成。当雷电波侵入瞬间由于电感作用电压不能突变，因此可忽略电感L0的影响。瞬时的绕组等值电路可简化为***2所示。
***1 变压器绕组等值电路
***2 雷电波侵入瞬间绕组等值电路
由***2可知进波瞬间，绕组等值电路为梯形电路，绕组上的电压分布按***3、***4中曲线1所示。随着时间发展暂态过程向着稳态发展，此时电容相当于开路，电感L0相当于短路（***3中曲线2），由于侵入过电压波所带能量的原因，***3中曲线1-曲线2-曲线3的过渡是一个L-C-K震荡的过程。
由于变压器高压侧按规程是设置有避雷器的，过电压波侵入高压绕组前已经避雷器放电，因此U0这里也可理解为避雷器残压。
2.2 雷电波对低压绕组的影响
雷电波从高压侧侵入并向低压侧绕组传播是两个过程共同作用的结果：一个通过电磁感应传播，另一个通过静电感应传播。
2.2.1 电磁感应对低压绕组的影响。当雷电波侵入变压器高压绕组后，在高（中）压产生相应的电流电压，是一个震荡并逐步衰减的过程，在铁芯中产生磁通，并在低压绕组中感应相应的电压。高低压侧电压和绕组变比n成正比。考虑到侵入雷电波在高压绕组的震荡过程，实际通过电磁传递的到低压绕组的电压要高一些。
2.2.2 静电感应对低压绕组的影响。如***4所示，由于绕组间存在静电电容耦合，传递至低压绕组的静电感应分量和稳定绕组原有正序电压相叠加，使绕组三相电位同时抬高，其大小是由高、低（中、低）压绕组间电容C12和低压绕组侧对地电容C2决定的，即u2=，由于本工程低压绕组不接任何负荷，仅有低压绕组对地电容C2，其对地电容很小，雷电波的静电分量可达到一个很高的数值。
2.3 工频过电压对低压绕组的影响
当变压器高、中压侧发生不对称接地故障、断路器非全相或不同期动作时，可能出现零序电压u0，也可以通过变压器绕组间电容耦合的方式传递至低压绕组，与原有正序电压相叠加。和雷电波的静电分量传递现象一样，绕组侧传递电压U2也是由其与高、中压绕组间电容C12和低压绕组对地电容C0决定。
3 低压绕组的过电压保护措施
***4 高、低压绕组间静电感应电路
从有关的国标、行标准可以查到以下措施：
从表1可以看出，本工程的低压绕组可有三种过电压保护方式：（1）低压绕组单相接地。采用单相接地作为低压绕组过电压保护方式，将绕组的一端固定在地电位，其他两相对地电压也就固定在了p.u的电位上，因此对于低压绕组本身而言将感应过电压的危险降到了最低的程度。但是绕组单相接地后，其他两相电压升高了倍，相当于其虚拟中性点“漂移”了6.062kV，这个“漂移”同样也会通过静电感应形式传递到35kV绕组。由于目前变电站35kV侧仅有3回架空，其对地电容较小，低压侧传递过来的工频电压将会使变电站35kV系统产生明显的不平衡电压，可能超过国家标准对于电压偏差小于2%的规定。
（2）在低压绕组三相出线套管外安装避雷器。由于110kV茨开变电站35kV采用架空出线，发生单相接地的可能性较高。当故障发生时，35kV系统将产生20.2kV的不平衡工频电压，并通过静电感应传递到低压绕组，使Y5W-17/45动作。中性点非直接接地系统单相接地可带故障运行2小时的长时间，将可能导致Y5W-17/45避雷器的阀片过热而发生爆炸。
（3）在低压绕组三相出线套管外安装>25m金属外皮电缆。由于电缆的电容量较高，低压绕组接电缆后将会导致其对地电容的大大提高，由公式U2=可以看出传递过电压随C2增大而减小。
舒廉甫所著的《发电厂变电站过电压保护及接地设计》双绕组变压器入口电容统计如下：
从表2可以看出变压器的低压绕组入口电容大概是1000-4000pF。查阅电缆样本，3×185的10kV电缆电容为0.33μF/km。因此在低压绕组上链接接30m长截面为3×185电缆可以增加9900pF的电容量，远远大于变压器低压绕组对地电容，可以有效的降低变压器绕组间电容传递过电压。
由于接入电缆后会形成串联谐振回路（***5所示），致使通过电磁感应电压增大。本工程在电缆末端设置了避雷器作为产生谐振时的备用保护措施。
***5 变压器电磁感应等值电路***
4 结束语
三绕组变压器作为双绕组变压器使用时，存在如下问题：
（1）空置的低压绕组面临高、中压绕组雷电侵入或发生工频过电压所导致的静电感应及电磁感应过电压的风险。（2）高、中压侧发工频过电压时，可能导致低压绕组所接避雷器损坏甚至爆炸。（3）变压器空置的低压绕组采用单相接地的方式，产生的不平衡电压可能会影响35kV侧电压质量。（4）空置的低压绕组可采用外接电缆增大对地电容，降低静电感应过电压的风险。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.GB 1094.3-2003.电力变压器[S].
[2]解广润.电力系统过电压[M].水利电力出版社，1985，6.
[3]舒廉甫.发电厂变电站过电压保护及接地设计[M].中国电力出版社，2009，4.
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