錢同來

（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

淺析220kV高阻抗變壓器的設(shè)計(jì)

錢同來

（哈爾濱變壓器有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

文章著重介紹了三相繞組變壓器的設(shè)計(jì)方案，針對(duì)220kV的高抗電阻器繞組設(shè)計(jì)進(jìn)行了不同方案的對(duì)比分析，并對(duì)文章中介紹的方案中的高阻抗變壓器同常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)阻抗變壓器進(jìn)行了參數(shù)對(duì)比，從材料、成本等方面進(jìn)行了比較。

高阻抗變壓器；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)

1 標(biāo)準(zhǔn)阻抗變壓器阻抗匹配

從實(shí)際的應(yīng)用中可以分析出，阻抗的匹配中，中低阻抗雖然阻抗小，但是額定電流卻很大，低阻抗變壓器的額定電流可以達(dá)到數(shù)千安。短路力同短路電路呈現(xiàn)出正比例關(guān)系，因此低壓繞組會(huì)受到很大的短路力。變壓器在電路中作為降壓結(jié)構(gòu)存在，其低壓端直接連接低壓用戶。這就使得低壓端會(huì)極易在短路故障阿生后受到?jīng)_擊，所以，變壓器對(duì)于短路故障的抗性直接受到低壓繞組的短路故障抗性高低影響。從另一方面說，電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定與否、可靠暈否其關(guān)鍵因素便在于低壓繞組抗短路的性能高低。但是從實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)用中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榫€路出現(xiàn)的短路故障后，變壓器會(huì)因?yàn)榈蛪豪@組的損壞而退出運(yùn)行，這種狀況發(fā)生幾率很高，所以抗短路能力的提高成為了目前低壓繞組研究的焦點(diǎn)。雖然在某些問題上已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但是實(shí)際的要求隨著應(yīng)用的需求在不斷的提高，當(dāng)前的研究狀態(tài)仍舊無法同實(shí)際需要相適應(yīng)。

2 解決方案

短路阻抗同電流之間會(huì)呈現(xiàn)出反比例關(guān)系，不過短路力卻會(huì)和短路電流數(shù)值的平方呈現(xiàn)出正比例關(guān)系。所以可以看出，短路電流減低則短路力會(huì)隨之現(xiàn)將，而短路阻抗的提高則會(huì)對(duì)短路電流予以降低，那么短路抗阻的增加會(huì)間接性的降低短路力，效果顯著。因此越來越多的電力系統(tǒng)中的變壓器開始選擇了高阻抗變壓器。這是由于正太變壓器的短路抗性高低是由其低壓繞組界定的，正式由于這一因素使得阻抗的提高成為問題的解決的核心。

2.1 方案一

在標(biāo)準(zhǔn)阻抗的變壓器中，變壓器在抗短路上的薄弱環(huán)節(jié)便是低壓繞組，因此可以對(duì)變壓器中的阻抗值進(jìn)行改變，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行最大幅度的提升。下面便對(duì)其具體的提高方式進(jìn)行探討。

阻抗的提高可以通過以下方式進(jìn)行：首先可以將主漏磁通道在繞組間進(jìn)行增大，其次可以將輻向尺寸在繞組進(jìn)行提高；再者可以對(duì)繞組電抗高度予以降低；最后則是通過繞組直徑的增加的方式對(duì)阻抗予以提高。以上方式都能夠有效提高變壓器繞組的阻抗，但是最直接最有效的方式便是增加主漏磁通道。但是電抗高度和鐵心如果確定下來，那么若是將主漏磁通道以為的增大，對(duì)于中低繞組來說會(huì)帶來相當(dāng)大的缺陷：首先若是繞組間以為的增大主漏磁通道，其阻抗也不會(huì)增加很多，最多可以增大0.1%，這樣的增量是無法滿足阻抗提高的要求的；其次，若是主漏磁通道的增加量過大，那么就需要絕緣材料對(duì)其進(jìn)行填充，絕緣材料的性質(zhì)決定了其具有一定的干燥收縮性能，因此中低繞組之間便會(huì)有間隙產(chǎn)生，這種現(xiàn)象導(dǎo)致的結(jié)果會(huì)使得繞組輻向支撐消失，那么變壓器就無法實(shí)現(xiàn)對(duì)其抗短路能有效提升的目的。而上述問題可以通過分裂繞組的方式予以解決，并且目前國(guó)內(nèi)很多廠家都是采用該種方案進(jìn)行處理的，部分制造商將繞組中部分匝數(shù)剝離，繞至高壓繞組的外側(cè)，并并在中低繞組間設(shè)置高壓調(diào)壓繞組，而另一部分制造商則是通過對(duì)高壓繞組進(jìn)行分裂的方式有效改善上述問題產(chǎn)生的不理影響，采用分離高壓繞組并將一部分設(shè)置在中低繞組間。

上述兩種方式在實(shí)際的應(yīng)用中可行性都較高，而第一種方式中存在一個(gè)不利點(diǎn)，調(diào)壓繞組設(shè)置在中低壓繞組處會(huì)受到磁場(chǎng)的影響，所以受到的短路力回交大，并且這種繞組輻向支撐較差，因此短路力的承受能力也較差。由于存在較高的磁場(chǎng)，因此繞組中會(huì)產(chǎn)生較大的渦流損耗，因此局部發(fā)熱量較高。

此外，在高壓繞組以及中壓繞組中調(diào)壓引線需要從其上下端引出，因此絕緣布置會(huì)遇到諸多的問題，無論設(shè)計(jì)還是制造都十分復(fù)雜。而第二種方式，由于在中低壓繞組中僅僅設(shè)置了高壓繞組的一部分，這就需要復(fù)雜的絕緣布置對(duì)其進(jìn)行保障。并且由于中壓繞組以及高壓繞組之間存在較大的電氣強(qiáng)度，所以該種方式也具有局限性。上述方式由于都屬于分裂繞組法，這就使得無法用升溫實(shí)驗(yàn)對(duì)繞組的內(nèi)外部升溫情況進(jìn)行分別的測(cè)量，一旦某一部分的溫度偏高，就會(huì)對(duì)設(shè)備的整體性能造成影響。若是二者比較，第二種方法要略優(yōu)于第一種方法。

2.2 方案二

據(jù)了解， 目前國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)多將限流電抗器申聯(lián)于網(wǎng)絡(luò)中用以限制系統(tǒng)的故障電流。這樣雖然可有效地限制系統(tǒng)中的故障電流， 但卻不能限制發(fā)生在變壓器近口處的故障電流。而這種故障電流往往會(huì)直接沖擊變壓器的內(nèi)部繞組， 其后果也常常很嚴(yán)重。因?yàn)樽儔浩鹘诙搪饭收鲜亲儔浩骺赡茉馐艿降淖顕?yán)重的故障之一， 有時(shí)該故障會(huì)超出變壓器的設(shè)計(jì)承受能力。這也是為什么許多變壓器可以承受許多次系統(tǒng)短路電流的沖擊而承受不住一次近口短路電流沖擊的原因之一。由于限流電抗器需承受一定的短時(shí)短路電流，所以限流電抗器應(yīng)具備足夠的動(dòng)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定能力以承受該短路電流產(chǎn)生的機(jī)械力和熱沖擊。電感原件， 因此沖擊波的傳遞和分布應(yīng)充分地考慮電抗器繞組電感帶來的影響。必要時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣肀ＷC有足夠的絕緣強(qiáng)度。

該方案同標(biāo)準(zhǔn)阻抗的變壓器一樣，其繞組之間不需要特別放大主漏磁通道。并且這種方案在接線方式上也近似于標(biāo)準(zhǔn)阻抗變壓器，只不過低壓繞組同限流電抗器之間采用了串聯(lián)的方式。

結(jié)語(yǔ)

首先內(nèi)置電抗器在設(shè)計(jì)上較為簡(jiǎn)單，并且電抗器以及變壓器原設(shè)計(jì)原則以及計(jì)算公式仍舊能夠在新型電抗器以及變壓器中適用，且計(jì)算出的結(jié)果接近于實(shí)際的數(shù)值，能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。其次由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單因此較為容易制造，且產(chǎn)品質(zhì)量可靠性高，且能夠保證其性能能夠達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)比于標(biāo)準(zhǔn)阻抗的變壓器，高阻抗變壓器在體積上更小，成本上更低，并且運(yùn)行穩(wěn)定性高，能夠使得電力系統(tǒng)更加可靠，簡(jiǎn)單的設(shè)備結(jié)構(gòu)使得維護(hù)工作難度大大降低。

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.109