有载调压变压器调压特性分析
兴义供电局黄昌虎【562400】
摘要：文中对有载调压变压器的调压原理进行了详细分析，并对有载调压变压器的负调压特性和正调压特性进行了探讨。
关键词：有载调压变压器；调压特性；正调压效应；负调压效应
Abstract : In this paper, on-load tap-changing transformer voltage regulating principle is analyzed in detail, and the on-load tap-changing transformer negative pressure regulating characteristics and positive voltage characteristics were discussed.
Key word : On-load transformer ; voltage characteristic; positive pressure regulating effect; negative pressure regulating effect
引言
电力系统为了将运行电压维持在一个合理的水平，采取了诸多调整电压的措施，其中由于有载调压变压器（OLTC）分接头比无载调压变压器分接头的调节范围大，具有调压无需测直流电阻，可以随着电网电压变化而自动有载调压等优点，因此通过有载调压变压器调整电压的方法得到了越来越广泛的应用。
我国《电力系统技术导则》规定：对110kV及以下系统，宜考虑至少有一级电压的变压器采用有载调压方式。
从国外来情况来看，无论对于哪一级电压的网络供电变压器，各国电力系统普遍都采用了有载调压方式，一些系统还采用了按母线电压自动调节的方式，也就是说利用有载调压变压器分接头自动调整系统电压在许多国家已经广泛使用，在我国也有逐渐推广使用的趋势。
但是改变变压器变比调节电压是有条件的，这个条件就是：必须维持系统的无功功率平衡。
离开这个条件，非但不能起到调压的作用，在严重情况下还可能引起系统电压的全面崩溃，使系统解裂，招致灾难性的后果。
1 有载调压变压器调压与负荷恢复
在讨论OLTC调压与负荷恢复得关系时由于OLTC为响应较慢的设备，因此，在研究OLTC 恢复负荷的特性时，快速响应的发电机和异步电动机就可以用它们的静态方程式来代替，这样就只要考虑OLTC的动态过程。
如图-1所示简单系统，图中为一台发电机通过输电线路对一台OLTC供电的情况。
在图中用串联漏阻抗的理想变压来表示OLTC。
为简单起见，忽略变压器绕组的铜损和铁损，与
变压器输电侧电压1U 和吸收的功率1P 有关的两个电网11U P -特性见图-2，图中用实线画出了两条在不同线路阻抗X 下的11U P -特性曲线。
图-1 含OLTC 的简单电力系统接线图
图-2 含OLTC 的简单电力系统P-U 曲线图
图-1中的理想变压器所吸收的有功和无功功率11Q P 、是2U 的函数
)(21U P P = 1）
2222
2
22221)()()(BU X U U Q U P U Q Q t -++= 2） 文献[1]中详细推导出了将11Q P 、表示成n U /2的函数的关系式
)/()
/(1111n U Q Q n U P P == 3）
式-3给出了与变比n 相关的瞬时负荷特性（从OLTC 看）。
n 改变，瞬时负荷特性也跟着改变。
图-2中的虚线为不同变比n （210n n n >>）所对应的三条瞬时负荷特性曲线。
在调整电压中，2U 恢复到其基准电压02U 时，得到的负荷特性将发生变化，此时负荷消耗一定量的有功和无功，把式-1、式-2中的2U 用其给定值02U 代替可以求出有功和无功的大小。
由于这个值与1U 无关，所以负荷功率在图-2中用一条垂直的长虚线表示。
这就是从OLTC 一次侧看进去的负荷静态特性。
注意静态负荷特性中有功和无功都是常数，而一次侧电压随分接头变比n 变化，使二次侧电压恢复。
为阐述OLTC 的工作，假设系统受到扰动时正处于图-2中的O 点上。
扰动后一次侧电压1U 最初将从O 点沿0n n =的OLTC 瞬时负荷特性曲线到A 点。
这一点上，负荷所消耗的功率小于02U 所对应的功率，说明2U <0
2U 。
由于2U 小于基准电压，OLTC 将减小变化，以便增加二次侧的电压，假设变成2n n =。
这将会改变负荷瞬时特性，工作点也将沿干扰后的电网特性曲线移动，直到在点B 附近打到新的运行状态，点B 是静态负荷特性曲线与电网特性曲线的交点。
通过这一次操作，负荷功率和二次侧电压都被恢复了，这叫做稳定的OLTC 运行。
2有载调压变压器的正负调压效应
然而OLTC 的调整并不总是能够达到有效调整电压的，实际上在某些情况下OLTC 的调整还是灾难性的。
如图-3的简单等值电路。
图-3 OLTC 等值电路
对于图-3所示的简单电力系统从负荷侧看的等值电力模型如图-4
图-4 简单系统从OLTC 负荷侧看的等值电力模型图
按变比为1=n 和1.1=n 描绘出典型22U P -曲线见图-5。
又由电动机的电磁功率公式
2
222)(s x R s R u P s r r e += 4）
和负荷功率平衡方程
e m J P P dt ds T -= 5）
描绘出不同转差率下的典型负荷特性曲线见图-5中1L 和2L 。
图-5 OLTC 调整对电压静态失稳的影响
OLTC 的初始变比为0.11=n ，负荷转差率为1s ，1L 与系统U P -曲线相交于C 点，负荷对应的机械功率为'm P 。
若此时负荷侧电压偏低OLTC 进行分接头调节，变比由0.11=n 升高到1.12=n ，由于调整时负荷为恒阻抗型，运行点将由C 点沿负荷特性曲线1L 移动，与另一条系统U P -曲线（1.12=n ）相交于C1点，在该点有0'<-e m P P ，则0<dt
ds ，致使电动机负荷加速，转差s 减小，经过一段时间后可额定运行在C2点，负荷电压因OLTC
分接头的调整得到提高，这就是OLTC 的“正调压效应”机理。
当负荷较大时，假设负荷稳态运行时转差率为2s ，负荷特性曲线为2L ，2L 与0.11=n 的系统U P -曲线相交于D 点，负荷对应的机械功率为"m P （0'>-e m P P ）。
若此时因为负荷侧的电压偏低而调整OLTC 的分接头，使得变比由0.11=n 升高到1.12=n ，由于调整时负荷为恒阻抗型，运行点将由D 点沿负荷特性曲线2L 移动，与另一条系统U P -曲线（1.12=n ）相交于D1点。
由于此时0'>-e m P P ，则0>dt
ds ，致使电动机负荷减速，转差率s 增大，系统提供给负荷的电磁功率进一步减小，形成恶性循环，最终使得运行点由D1点沿系统1.12=n 的U P -曲线不断下滑，如果没有相应的保护措施，就可能产生电压崩溃。
这就是OLTC 具有“负调压效应”的机理。
因此重载时，OLTC 的“负调压效应”可能引起系统的电压崩溃。
对于系统两条P-U 曲线的交点B ，由上面的分析可知，若初始运行点在B 点的上方（例如图-5中的C 点），则OLTC 的调整具有“正调压效应”。
若初始运行点在B 点的下方，则OLTC 的调整具有“负调压效应”。
因此，B 点为计及OLTC 作用时，系统电压静态稳定性改变的临界点，也称为OLTC 在静态情况下的“负调压效应”临界点。
3 结论
有载调压变压器（OLTC ）是一种方便快捷的调压措施，但是由于有载调压变变压器存在“负调压效应”，在实际运行中应该充分考虑OLTC 对电网电压稳定的影响，特别是在无功容量不足或无功容量较小的系统，更应该充分重视大型OLTC 的调压特性。
参考文献：
[1] 彭志炜，胡国根，韩祯祥，基于分叉理论的电力系统电压稳定性分析.北京：中国电力出版社，2005
[2] 许实章，电机学. 北京：机械工业出版社，1986
[3] 王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术.北京：中国电力出版社，1995。