在印度國家電網(wǎng)中，400kV自耦變壓器調(diào)壓位置通常被設(shè)置在串聯(lián)繞組220kV側(cè)。變壓器繞組的布置為LV—TAP—MV—HV。220kV等級的調(diào)壓繞組出頭從內(nèi)線圈引出，給變壓器設(shè)計(jì)造成了很大的困難。調(diào)壓繞組引線結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難精確計(jì)算調(diào)壓端部的實(shí)際沖擊過電壓。由于調(diào)壓繞組被連接在220kV繞組的線路側(cè)，所以其端部產(chǎn)生了很高的沖擊過電壓。近年來，400/220/33kV變壓器因調(diào)壓繞組（或調(diào)壓引線或調(diào)壓開關(guān)）而發(fā)生了多起故障。

最近，印度國家電網(wǎng)推出了無調(diào)壓繞組400/ 220/33kV自耦變壓器。無調(diào)壓繞組自耦變壓器與有調(diào)壓繞組變壓器相比，可靠性更高。無調(diào)壓繞組是這種類型自耦變壓器的一種解決方案，但是在電網(wǎng)中，完全消除電壓的波動是非常困難的。

本文提出的解決方案是，在變壓器的中性點(diǎn)側(cè)提供調(diào)壓繞組，這種調(diào)壓方式比現(xiàn)有的自耦變壓器調(diào)壓方式更可靠。一方面，分接繞組和分接開關(guān)的電壓等級將降低到中性點(diǎn)絕緣水平，從而提高變壓器的運(yùn)行可靠性，降低了變壓器的制造成本；另一方面，在中性點(diǎn)側(cè)提供調(diào)壓繞組將成為變磁通變壓器，變磁通變壓器意味著鐵心中的磁通密度隨調(diào)壓分接位置的變化而變化。變磁通設(shè)計(jì)主要是變低壓。低壓電壓將隨分接位置的不同而變化。

1 中性點(diǎn)調(diào)壓變壓器的分接范圍選取

在中性點(diǎn)調(diào)壓變壓器中，高壓繞組（串聯(lián)繞組）和中壓繞組（公共繞組）的中性點(diǎn)側(cè)設(shè)有調(diào)壓抽頭，以改變高壓側(cè)的電壓。這種變壓器是變磁通調(diào)壓變壓器（VFVV型）。在這種類型的變壓器中，鐵心中的磁通密度隨分接位置的變化而變化。400kV自耦變壓器額定參數(shù)見表1。

表1 400kV自耦變壓器額定參數(shù)

調(diào)壓分接范圍是變磁通變壓器的重要組成部分。當(dāng)調(diào)壓范圍大時，在額定分接調(diào)壓處的磁通密度需要減小，以限制極限分接下的磁通密度，避免低壓繞組電壓超過低壓系統(tǒng)的預(yù)期極限。

考慮調(diào)壓分接范圍±10%，電壓比校核和低壓電壓值見表2。

表2 電壓比校核和低壓電壓值

在±10%分接范圍內(nèi)，低壓電壓將比額定分接增加24%，電壓比校核也將超過0.5%的限制。因此，考慮到IEC 60076-1電壓比校核要求，±10%分接范圍不適用。此外，低壓電壓為41kV，這對連接到該變壓器低壓側(cè)的負(fù)載也不安全。因此，為了滿足電壓比校核，分接范圍需要減小，按±5%考慮電壓比校核和低壓電壓值見表3。

表3 電壓比校核和低壓電壓值

在此分接范圍內(nèi)，電壓比校核滿足IEC 60076◆1規(guī)定的公差范圍。此外，最大分接處的低壓電壓變化約為額定電壓的12%。因此，變壓器分接范圍為±5%較為合理。

2 繞組排列方式及有載開關(guān)選擇

在該變壓器中，繞組按以下方式排列：LV—TAP—MV—HV，將調(diào)壓繞組接在變壓器中壓繞組的中性點(diǎn)側(cè)，高壓繞組與中壓繞組串聯(lián)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中由于分接在220kV線路側(cè)，采用了1200A和300kV等級三相開關(guān)，而在這種新型設(shè)計(jì)中，調(diào)壓分接與高壓和中壓繞組的中性點(diǎn)側(cè)相連，因此有載分接開關(guān)的額定值可以降低到800A和123kV等級，這將節(jié)省有載開關(guān)的成本。

若中性點(diǎn)側(cè)電壓較低，則沖擊過電壓也會降低，從而節(jié)省了調(diào)壓繞組引線的絕緣成本，簡化了調(diào)壓繞組的絕緣結(jié)構(gòu)。繞組排列示意圖和繞組接線原理分別如圖1和圖2所示。

3 變壓器性能

對于變磁通調(diào)壓變壓器的設(shè)計(jì)，重要的要考慮的問題是，在所有分接位置的最大磁通密度應(yīng)設(shè)計(jì)在規(guī)定范圍內(nèi)。

例如：考慮系統(tǒng)1.1倍過電壓下變壓器磁通密度不超過1.9T。在100%額定電壓下，通?？紤]的磁通密度極限為1.727T。最大分接處的低壓電壓為37kV，額定分接為33kV。因此，額定分接頭處的最大磁通密度應(yīng)被限制在（1.727×33/37）1.535T左右，但該磁通密度需要根據(jù)不同分接位置處的實(shí)際匝數(shù)具體計(jì)算。

圖1 繞組排列示意圖

圖2 繞組接線原理圖

這種低磁通密度會使得鐵心重量增加，由于低磁通密度，在額定分接位置時，空載損耗會減小。由于調(diào)壓繞組電壓從220kV等級降低到中性點(diǎn)端電壓，因此可以減小低壓和調(diào)壓繞組之間的主距，進(jìn)而減少銅和硅鋼片的重量。表4列出了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與中性點(diǎn)側(cè)調(diào)壓設(shè)計(jì)的損耗和重量比較。

表4 傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與中性點(diǎn)側(cè)調(diào)壓設(shè)計(jì)的損耗和重量比較

考慮空載損耗折價，新的整體設(shè)計(jì)比原來設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)，絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，更可靠，更經(jīng)濟(jì)。

圖3 額定分接下HV—MV磁場分布圖

4 短路阻抗計(jì)算

表5列出在HV—MV、MV—LV、HV—LV之間短路阻抗計(jì)算值。

表5 短路阻抗計(jì)算值

表5中所示的短路阻抗值與現(xiàn)有的變壓器短路阻抗值相匹配。采用中性點(diǎn)調(diào)壓方式與現(xiàn)有的變壓器可以并聯(lián)運(yùn)行，但調(diào)壓范圍應(yīng)限制在±5%內(nèi)。

總結(jié)

400/220/33kV三相自耦變壓器的中性點(diǎn)側(cè)調(diào)壓，調(diào)壓分接范圍為±5%。這種變壓器比現(xiàn)有的常規(guī)變壓器更加經(jīng)濟(jì)。由于電壓和短路阻抗與現(xiàn)有的變壓器短路阻抗相似，因此相似短路阻抗變壓器可以并聯(lián)運(yùn)行。將有載分接開關(guān)置于中性點(diǎn)側(cè)，對有載分接開關(guān)和調(diào)壓繞組非常安全。調(diào)壓繞組的電壓等級較低，有載分接開關(guān)發(fā)生故障的可能性較低，因此該變壓器可靠性較高。