2024年10月22日发(作者：席叶飞)
220kv变压器选型等若干探讨
特高压是世界上最先进的输电技术，具有明显的经济效益。在建设过程中，
可减少铁塔用材、导线和线路走廊，这对于人口稠密、土地宝贵或走廊困难的国
家和地区会带来重大的经济和社会效益。本文对特高压1000kv降压220kv降压
变设备选型、技术参数等方面进行介绍，希望为今后的工程方案决策、设备研制
提供帮助。
一 降压变容量选择
目前1000kv降压220kv变压器容量主要依据国内变压器制造能力、工程经
济性和短路电流水平来选择。特高压1000kv降压220kv变压器的容量制約因素
主要有以下两个方面：1）大容量1000kv降压220kv变压器在中压发生短路故障
时，会造成较大的短路电流，超过中压侧断路器的开断容量，导致故障无法切除。
2）如果变压器容量过大，变压器中压端子额定电流较大，导致中压侧套管和断
路器的选型困难。因此特高压1000kv降压220kv变压器可以选择相对较小的容
量，一方面能够减小短路电流，另一方面也能降低变压器制造难度，简化结构，
减小体积与重量。特高压1000kv降压220kv变压器额定容量选取也不宜过小，
过小则经济性不明显，综合各方面的因素，1000kv降压220kv变压器容量选择
500MVA。
二 路阻抗的选择
从动稳定性能考虑，短路阻抗越大越好，变压器短路阻抗越大，变压器短路
电流会显著减小。但短路阻抗增大后漏磁通量相应增大，反映在产品上即为各侧
绕组间的间距增加，变压器铁窗填充系数降低，绕组间绝缘材料消耗增加，从而
增加了变压器制造成本。另外，短路阻抗较大时，变压器的电压调整率、无功损
耗成比例增加，严重时无功补偿装置无法投入，影响供电电压质量和电网经济运
行。
综合来看，1000kv降压220kv变压器短路阻抗的选择主要还是考虑短路电
流的因素，但目前尚未确定具体工程，因此系统参数及要求暂时无法考虑。参考
国家电网公司输变电工程通用设备，现有500kv变压器单相容量为250MVA —
400MVA，高 — 中短路阻抗一般为12% — 20，其中高 — 中短路阻抗以16%
居多。而试验示范工程特高压变压器高 — 中短路阻抗为18%。通过降压变抗短
路能力计算，降压变短路阻抗选择18%可以保证变压器抗短路强度，因此降压变
高中短路阻抗取18%。
按正常的绝缘结构设计，在高 — 中阻抗为18%时，中 — 低阻抗不超过
10%， 比较以往产品参数，10%的中 — 低阻抗偏小，中 — 低阻抗小是由降
压变高 — 中、中 — 低电压比相差较大的特殊性所决定的，可能不利于抗短路
能力的保证。为满足抗短路能力，必须适当放大中 — 低阻抗。根据系统要求和
对变压器抗短路能力的计算确定了中 — 低阻抗为20%。 通过对设计方案计算，
最终选取变压器的额定分接短路阻抗高压 — 中压为18%； 高压 — 低压为
41%； 中压 — 低压为20%。 在保证经济性并减轻器身重量的同时满足变压器
抗短路强度的要求。
三 额定电压与低压侧容量的选择
降压变压器高压侧的额定电压宜选系统额定电压，即1050/√3 KV。中压侧
额定电压宜选1.05倍系统额定电压，即230KV。
变压器三次侧主要用于连接无功补偿装置，用于补偿以下三类无功：1）补
偿变压器无功损耗。2）向220KV电网输送部分无功。3）补偿1000KV电网的
无功缺额。第三个目的要看具体情况，当线路输送容量超过自然功率，特别是装
有高压电抗器时，线路充电功率不足以补偿线路的无功损耗，需要由低压侧向高
压侧补充无功，中压侧输出无功功率将减少，功率因数将提高。在事故情况下，
地区电压下降，电网处于事故状态下的无功平衡状态，给中压侧的无功小于正常
方式下送出的无功。如果事故使电压下降超过额定电压的5%时，变电所再增加
补偿容量作为备用，或另作无功电源安排，以提高事故状态的电压水平。
针对上述补偿目的，变压器低压侧补偿容量一般为主变容量的30%以下为宜。
在进行降压变低压侧补偿容量的具体计算时，应考虑通过降压变的最大负荷和最
小负荷。1000kv降压220kv变压器低压侧容量150MVA，考虑到低压侧容量较
大，如果低压侧电压等级选择较低，会造成低压侧总回路工作电流增大，低压侧
短路电流增大，低压侧电器设备的选择尤其是断路器的选择困难。因此低压侧电
压等级选定为66KV。
四 调压方式选择
降压变调压方式的选择主要从3个方面考虑：1）特高压降压变中压线端为
220KV等级，采用中压线端调压方式，开关选择相对成熟，绝缘可靠性较高。2）
中压线端调压为恒磁通调压，采用无载调压时，可以采用 ±2X2.5% 的调压范围，
开关也容易选择；采用有载调压时，可以采用±8X1.25% 的调压范围，但是降压
变容量较大，开关电流约为4500A，有载分接开关的选择难度较大。因此选择无
载调压±2X2.5% 。3）降压变中压电压为220KV等级，因此中压绕组和调压绕
组电流较大，同时考虑变压器绕组的短路机械力，将调压绕组、励磁绕组放置到
旁轭上采用旁柱调压的结构，一方面可以提高变压器抗短路能力，另一方面可以
简化器身和引线的结构，提高降压变的制造工艺性和运行可靠性，并可以有效控
制降压变的运输尺寸。
五 设计方案基本思路
在基本参数确定之后，下一步开始对变压器整体结构进行设计。对整体尺寸
来说为保证绕组的主纵绝缘强度，1000KV绕组有一定的，才能保障变压器的运
行安全。另一方面，为保证变压器的正常运输，必须控制运输高度在5m以内，
同时还要保证油箱的运输强度。因此在方案设计时，必须充分考虑这两个因素，
以取得可行的最优设计。降压变容量为500MVA，有单柱和双柱两种方案可供选
择。表是两种方案设计参数对比表。
若采用单柱结构设计，单柱容量为500MVA，其漏磁强度达到3300Gs，单
柱损耗约650KW，产生的热容量较大，绕组温升的控制就成为设计的难点，而
且为了满足变压器的阻抗要求，器身的体积较大，变压器的尺寸超出了运输限界。
因此选用两柱结构以降低单柱容量，每柱容量为250MVA，减小变压器绕组漏磁
强度和单柱损耗，有利于控制绕组温升。同时，器身宽度缩小，更容易满足运输
要求。
参考文献：
【1】刘振亚.特高压电网[M].北京：中国经济出版社，2005.
【2】刘振亚.特高压交流输电技术研究成果专辑[M].北京：中国电力出版社，
2005.
2024年10月22日发(作者：席叶飞)
220kv变压器选型等若干探讨
特高压是世界上最先进的输电技术，具有明显的经济效益。在建设过程中，
可减少铁塔用材、导线和线路走廊，这对于人口稠密、土地宝贵或走廊困难的国
家和地区会带来重大的经济和社会效益。本文对特高压1000kv降压220kv降压
变设备选型、技术参数等方面进行介绍，希望为今后的工程方案决策、设备研制
提供帮助。
一 降压变容量选择
目前1000kv降压220kv变压器容量主要依据国内变压器制造能力、工程经
济性和短路电流水平来选择。特高压1000kv降压220kv变压器的容量制約因素
主要有以下两个方面：1）大容量1000kv降压220kv变压器在中压发生短路故障
时，会造成较大的短路电流，超过中压侧断路器的开断容量，导致故障无法切除。
2）如果变压器容量过大，变压器中压端子额定电流较大，导致中压侧套管和断
路器的选型困难。因此特高压1000kv降压220kv变压器可以选择相对较小的容
量，一方面能够减小短路电流，另一方面也能降低变压器制造难度，简化结构，
减小体积与重量。特高压1000kv降压220kv变压器额定容量选取也不宜过小，
过小则经济性不明显，综合各方面的因素，1000kv降压220kv变压器容量选择
500MVA。
二 路阻抗的选择
从动稳定性能考虑，短路阻抗越大越好，变压器短路阻抗越大，变压器短路
电流会显著减小。但短路阻抗增大后漏磁通量相应增大，反映在产品上即为各侧
绕组间的间距增加，变压器铁窗填充系数降低，绕组间绝缘材料消耗增加，从而
增加了变压器制造成本。另外，短路阻抗较大时，变压器的电压调整率、无功损
耗成比例增加，严重时无功补偿装置无法投入，影响供电电压质量和电网经济运
行。
综合来看，1000kv降压220kv变压器短路阻抗的选择主要还是考虑短路电
流的因素，但目前尚未确定具体工程，因此系统参数及要求暂时无法考虑。参考
国家电网公司输变电工程通用设备，现有500kv变压器单相容量为250MVA —
400MVA，高 — 中短路阻抗一般为12% — 20，其中高 — 中短路阻抗以16%
居多。而试验示范工程特高压变压器高 — 中短路阻抗为18%。通过降压变抗短
路能力计算，降压变短路阻抗选择18%可以保证变压器抗短路强度，因此降压变
高中短路阻抗取18%。
按正常的绝缘结构设计，在高 — 中阻抗为18%时，中 — 低阻抗不超过
10%， 比较以往产品参数，10%的中 — 低阻抗偏小，中 — 低阻抗小是由降
压变高 — 中、中 — 低电压比相差较大的特殊性所决定的，可能不利于抗短路
能力的保证。为满足抗短路能力，必须适当放大中 — 低阻抗。根据系统要求和
对变压器抗短路能力的计算确定了中 — 低阻抗为20%。 通过对设计方案计算，
最终选取变压器的额定分接短路阻抗高压 — 中压为18%； 高压 — 低压为
41%； 中压 — 低压为20%。 在保证经济性并减轻器身重量的同时满足变压器
抗短路强度的要求。
三 额定电压与低压侧容量的选择
降压变压器高压侧的额定电压宜选系统额定电压，即1050/√3 KV。中压侧
额定电压宜选1.05倍系统额定电压，即230KV。
变压器三次侧主要用于连接无功补偿装置，用于补偿以下三类无功：1）补
偿变压器无功损耗。2）向220KV电网输送部分无功。3）补偿1000KV电网的
无功缺额。第三个目的要看具体情况，当线路输送容量超过自然功率，特别是装
有高压电抗器时，线路充电功率不足以补偿线路的无功损耗，需要由低压侧向高
压侧补充无功，中压侧输出无功功率将减少，功率因数将提高。在事故情况下，
地区电压下降，电网处于事故状态下的无功平衡状态，给中压侧的无功小于正常
方式下送出的无功。如果事故使电压下降超过额定电压的5%时，变电所再增加
补偿容量作为备用，或另作无功电源安排，以提高事故状态的电压水平。
针对上述补偿目的，变压器低压侧补偿容量一般为主变容量的30%以下为宜。
在进行降压变低压侧补偿容量的具体计算时，应考虑通过降压变的最大负荷和最
小负荷。1000kv降压220kv变压器低压侧容量150MVA，考虑到低压侧容量较
大，如果低压侧电压等级选择较低，会造成低压侧总回路工作电流增大，低压侧
短路电流增大，低压侧电器设备的选择尤其是断路器的选择困难。因此低压侧电
压等级选定为66KV。
四 调压方式选择
降压变调压方式的选择主要从3个方面考虑：1）特高压降压变中压线端为
220KV等级，采用中压线端调压方式，开关选择相对成熟，绝缘可靠性较高。2）
中压线端调压为恒磁通调压，采用无载调压时，可以采用 ±2X2.5% 的调压范围，
开关也容易选择；采用有载调压时，可以采用±8X1.25% 的调压范围，但是降压
变容量较大，开关电流约为4500A，有载分接开关的选择难度较大。因此选择无
载调压±2X2.5% 。3）降压变中压电压为220KV等级，因此中压绕组和调压绕
组电流较大，同时考虑变压器绕组的短路机械力，将调压绕组、励磁绕组放置到
旁轭上采用旁柱调压的结构，一方面可以提高变压器抗短路能力，另一方面可以
简化器身和引线的结构，提高降压变的制造工艺性和运行可靠性，并可以有效控
制降压变的运输尺寸。
五 设计方案基本思路
在基本参数确定之后，下一步开始对变压器整体结构进行设计。对整体尺寸
来说为保证绕组的主纵绝缘强度，1000KV绕组有一定的，才能保障变压器的运
行安全。另一方面，为保证变压器的正常运输，必须控制运输高度在5m以内，
同时还要保证油箱的运输强度。因此在方案设计时，必须充分考虑这两个因素，
以取得可行的最优设计。降压变容量为500MVA，有单柱和双柱两种方案可供选
择。表是两种方案设计参数对比表。
若采用单柱结构设计，单柱容量为500MVA，其漏磁强度达到3300Gs，单
柱损耗约650KW，产生的热容量较大，绕组温升的控制就成为设计的难点，而
且为了满足变压器的阻抗要求，器身的体积较大，变压器的尺寸超出了运输限界。
因此选用两柱结构以降低单柱容量，每柱容量为250MVA，减小变压器绕组漏磁
强度和单柱损耗，有利于控制绕组温升。同时，器身宽度缩小，更容易满足运输
要求。
参考文献：
【1】刘振亚.特高压电网[M].北京：中国经济出版社，2005.
【2】刘振亚.特高压交流输电技术研究成果专辑[M].北京：中国电力出版社，
2005.