陳金波，黃紅光

（明珠電氣股份有限公司，廣東廣州，510000）

有載調(diào)壓高阻抗變壓器設(shè)計(jì)比較

陳金波，黃紅光

（明珠電氣股份有限公司，廣東廣州，510000）

分析比較20kV有載調(diào)壓高阻抗電力變壓器的設(shè)計(jì)思路及計(jì)算方法，并通過實(shí)例驗(yàn)證。

有載調(diào)壓；高阻抗；設(shè)計(jì)算方法；實(shí)例對比

0 引言

高阻抗是電力變壓器高抗短路能力的關(guān)鍵因素之一，為了提高變壓器的運(yùn)行可靠性，有的發(fā)電廠甚至增加變壓器的制造成本，提高變壓器自身的阻抗電壓，降低變壓器自身的短路電流，從而實(shí)現(xiàn)變壓器的高抗短路能力的目的。為了實(shí)現(xiàn)高阻抗電力變壓器的要求，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也是各種各樣，本文主要針對比較常用的兩種高阻抗雙繞組有載調(diào)壓變壓器結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，從而選擇對產(chǎn)品使用較有利的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1 高阻抗變壓器設(shè)計(jì)方法

1.1 阻抗計(jì)算方法

變壓器的短路阻抗包含電阻分量與電抗分量，由于電力變壓器的電阻分量所占的比例較小，變壓器阻抗值近似等于電抗分量，本文主要針對電抗分量的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

變壓器阻抗計(jì)算公式：

式中：

Ux：阻抗電壓百分?jǐn)?shù)；

f ：額定頻率（Hz）；

I：額定相電流（A）；

W：繞組額定匝數(shù)；

∑D：等值漏磁面積（cm2）；

?：洛氏系數(shù)；

et：匝電壓（V）；

Hk：各繞組平均電抗高度（mm）；

τ ：線圈總輻向尺寸（mm）。

1.2 高阻抗設(shè)計(jì)方法

由以上計(jì)算公式可以看出變壓器阻抗與設(shè)計(jì)的匝數(shù)、漏磁面積、匝電壓、電抗高度等參數(shù)有著直接的關(guān)系。如果能夠設(shè)計(jì)較多的匝數(shù)、較大的漏磁面積、較小的匝電壓、較矮的線圈高度必然能夠?qū)崿F(xiàn)高阻抗的目的。

然而匝數(shù)、匝電壓、線圈高度等與產(chǎn)品的性能參數(shù)有著直接的關(guān)系，對產(chǎn)品的總體性能參數(shù)及制造成本影響較大，這里暫時(shí)不討論。常用的設(shè)計(jì)方法主要是利用產(chǎn)品的漏磁面積，通過產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)調(diào)整可以有效的控制產(chǎn)品的漏磁面積大小，主要是通過放大變壓器線圈主空道距離或者調(diào)大線圈輻向尺寸來實(shí)現(xiàn)高阻抗的效果，本文主要對這兩種調(diào)整漏磁面積的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較。

2 高阻抗變壓器結(jié)構(gòu)

在不考慮調(diào)整匝數(shù)、匝電壓、線圈高度的情況下，通過改變產(chǎn)品的漏磁面積來實(shí)現(xiàn)高阻抗的目的，常用的方法有：加大主空道將調(diào)壓線圈放置與高低壓繞組之間（圖2所示）；將高低壓的線圈輻向放大，比如將高壓或低壓分裂成兩部分繞組（圖2、3所示）、或?qū)⒏叩蛪壕至殉蓛刹糠掷@組（圖4所示），最終會考慮到整體的成本及施工的難易程度選擇合適的結(jié)構(gòu)。本文選擇較常用的兩種結(jié)構(gòu)（圖1、圖2所示）進(jìn)行對比。

高阻抗設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)常用的方式如圖1、圖2所示。圖1結(jié)構(gòu)將低壓繞組分裂成兩部分，通過兩部分的串聯(lián)進(jìn)行設(shè)計(jì)，圖2結(jié)構(gòu)將調(diào)壓放置于高低壓之間進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 低壓繞組分裂結(jié)構(gòu)

圖2 低-調(diào)-高繞組排列結(jié)構(gòu)

圖3 高壓繞組分裂結(jié)構(gòu)

圖4 高低繞組分裂結(jié)構(gòu)

3 高阻抗結(jié)構(gòu)阻抗的計(jì)算方法

3.1 低壓分裂結(jié)構(gòu)阻抗計(jì)算方法

3.1.1 額定分接阻抗計(jì)算方法

額定分接磁勢分布如圖5所示，采用相對漏磁鏈法進(jìn)行計(jì)算：

I代表電流，W代表匝數(shù)，下表d表示低壓分量、g表示高壓分量、t表示調(diào)壓分量，下同；

基準(zhǔn)磁勢：

相對磁勢：

漏磁面積計(jì)算

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數(shù)計(jì)算采用公式（1）～（2）進(jìn)行計(jì)算即可。

圖5 低壓分裂結(jié)構(gòu)額定分接磁勢分布

3.1.2 最大分接阻抗計(jì)算方法

最大分接磁勢分布如圖6所示，采用相對漏磁鏈法進(jìn)行計(jì)算：

基準(zhǔn)磁勢：

相對磁勢：

漏磁面積計(jì)算

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數(shù)計(jì)算采用公式（1）～（2）進(jìn)行計(jì)算即可。

圖6 低壓分裂結(jié)構(gòu)最大分接磁勢分布

3.1.3 最小分接阻抗計(jì)算方法

最小分接磁勢分布如圖7所示，采用相對漏磁鏈法進(jìn)行計(jì)算：

基準(zhǔn)磁勢：

相對磁勢：

高壓輻向尺寸分為兩部分分別為1gT、2gT，平均半徑分別為Rg1、Rg2

漏磁面積計(jì)算

式中g(shù)1、g2分別表示高壓的兩個(gè)部分，由磁勢分布圖可以看出高壓被劃分為兩個(gè)部分，按比例進(jìn)行核實(shí)即可。

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數(shù)計(jì)算采用公式（1）～（2）進(jìn)行計(jì)算即可。

圖7 低壓分裂結(jié)構(gòu)最小分接磁勢分布

3.2 低-調(diào)-高排列結(jié)構(gòu)阻抗計(jì)算方法

3.2.1 額定分接阻抗計(jì)算方法

額定分接磁勢分布如圖8所示，采用相對漏磁鏈法進(jìn)行計(jì)算：

基準(zhǔn)磁勢：

相對磁勢：

漏磁面積計(jì)算

Adg，Rpdg分別表示高低壓之間的主空道總距離及其平均半徑。

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數(shù)計(jì)算與常規(guī)計(jì)算相同。

圖8 低-調(diào)-高結(jié)構(gòu)額定分接磁勢分布

3.2.2 最大分接阻抗計(jì)算方法

最大分接磁勢分布如圖9所示，采用相對漏磁鏈法進(jìn)行計(jì)算：

基準(zhǔn)磁勢：相對磁勢：

漏磁面積計(jì)算

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數(shù)計(jì)算與常規(guī)計(jì)算相同。

3.2.3 最小分接阻抗計(jì)算方法

最小分接磁勢分布如圖10所示，采用相對漏磁鏈法進(jìn)行計(jì)算：基準(zhǔn)磁勢：

圖9 低-調(diào)-高結(jié)構(gòu)最大分接磁勢分布

相對磁勢：

漏磁面積計(jì)算同公式（27）；

輻向尺寸計(jì)算同公式（28）；

阻抗及洛氏系數(shù)計(jì)算與常規(guī)計(jì)算相同。

圖10 低-調(diào)-高結(jié)構(gòu)最小分接磁勢分布

4 高阻抗計(jì)算實(shí)例對比

對20kV高阻抗有載調(diào)壓電力變壓器進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。

表1 采用兩種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)

根據(jù)上述理論計(jì)算，低壓分裂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各分接電壓變化較小，最大、最小分接都接近于額定分接的數(shù)值，而低-調(diào)-高排列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最大、最小分接電壓變化較大，并且調(diào)壓放置于高低繞組之間，工藝性比較復(fù)雜，這種結(jié)構(gòu)不太理想。實(shí)例產(chǎn)品采用低壓分裂結(jié)構(gòu)進(jìn)行生產(chǎn)制造。

表2 實(shí)際測試數(shù)據(jù)

測試數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)比較接近，完全符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)論

（1）高阻抗有載調(diào)壓采用繞組分裂的結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，是可以實(shí)現(xiàn)阻抗的設(shè)計(jì)要求的，并且各分接的阻抗偏差較小，施工并不復(fù)雜，是較好的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

（2）采用調(diào)壓放置高低繞組之間的方式進(jìn)行高阻抗設(shè)計(jì)，會使得最大、最小分接的阻抗值與額定分接的阻抗值偏差較大，需要提前與用戶做好協(xié)商，保證產(chǎn)品阻抗設(shè)計(jì)符合。另外這種結(jié)構(gòu)的調(diào)壓引線施工會更加復(fù)雜，不推薦采用這種方式。

（3）經(jīng)過實(shí)際產(chǎn)品的驗(yàn)證，采用相對磁鏈法進(jìn)行阻抗計(jì)算較接近實(shí)測值。

（4）本文實(shí)例產(chǎn)品只是采用了低壓分裂結(jié)構(gòu)方式，根據(jù)實(shí)際需要也可以采用高壓分裂結(jié)構(gòu)或高低壓分裂結(jié)構(gòu)方式，可以綜合考慮成本及工藝特性進(jìn)行選擇。

[1]催立君.特種變壓器理論與設(shè)計(jì)[M].北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1995.

[2]尹克寧.變壓器設(shè)計(jì)原理[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]劉傳彝.電力變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法與實(shí)踐[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

陳金波（1982.6-），男，籍貫廣東封開縣，本科，電氣工程師，從事變壓器設(shè)計(jì)開發(fā)工作。

The design of load pressure high impedance transformer is compared

Chen Jinbo,Huang Hongguang
(pearl electric co., LTD,Guangzhou Gungdong,510000)

This paper analyzes the design thought and calculation method of high impedance power transformer with high impedance voltage in 20kV, and is verified by example.

load pressure; High impedance;Design method; Examples comparison