縮小大范圍調(diào)壓整流變壓器阻抗變化的方法

符以平 吳華林 易梅生 梁建宇

（特變電工衡陽變壓器有限公司，湖南衡陽421007）

0 引言

融冰變壓器作為移動式救災設備，需要最大限度地為各種容量、各個不同距離的電力線路提供應急融冰服務，其負載呈現(xiàn)出多種容量和多種電壓組合的要求，且往往高電壓與大負載電流同時出現(xiàn)。因此，其負載特性與普通電力變壓器完全不同，這就決定了融冰變壓器必須具備大范圍調(diào)容和寬幅調(diào)壓的特性，其最大容量與最小容量，最大負載電壓與最小負載電壓之比可達數(shù)倍。融冰變壓器無法也沒必要采用有載調(diào)壓的結(jié)構(gòu)型式。從經(jīng)濟性及合理性的角度考慮，融冰變壓器一般采用二次側(cè)無勵磁調(diào)壓，輸出多種電壓。

1 改進前的短路阻抗

1.1 性能參數(shù)及繞組排列

一臺實際的融冰變壓器，型號為ZSS-119670/35，二次電壓為6級，二次恒電流，因此容量也分為6級，具體如表1所示。

該變壓器的繞組結(jié)構(gòu)排布如圖1所示，低壓繞組由多段串聯(lián)，排布于一次繞組的一側(cè)，低壓繞組依次切除1、2、3、4、5段可得到1～6檔的電壓，為使6檔阻抗電壓與1檔阻抗電壓差距相對較小，將低壓繞組1～6與高壓繞組的位置距離按由近及遠依次排列。

表1 ZSS-119670/35具體參數(shù)

圖1 傳統(tǒng)方式下的繞組排列示意圖

1.2 改進前的短路阻抗計算及實測值對比

從表1中漏磁磁勢變化來看，第一檔最大，為258 480安匝，第六檔最小，為93 340安匝，兩者比為2.77倍。而這是由變壓器性能參數(shù)所決定的，是無法改變的常數(shù)。要使變壓器阻抗參數(shù)隨檔位變化趨緩，唯一可做的調(diào)節(jié)只能是結(jié)構(gòu)設計上使第六檔至第一檔的漏磁面積由大到小，起到盡可能抵消磁勢變化趨勢的作用。

本變壓器第一檔時，低壓繞組全部載流運行，根據(jù)漏磁面積計算公式，代入相應數(shù)值計算得

第一檔漏磁分布示意如圖2所示。

圖2 H-L1時漏磁組分布圖

本變壓器第六檔時，低壓繞組僅剩最靠鐵芯的2層載流運行，根據(jù)漏磁面積計算公式，代入相應數(shù)值計算得：∑D=841.23。

第六檔漏磁分布示意如圖3所示。

綜合計算及實測的極限檔位阻抗結(jié)果：

（1）1檔阻抗：計算值16.58%，實測值16.04%；

（2）6檔阻抗：計算值8.85%，實測值8.03%。

從上述結(jié)果可以看出，通過低壓繞組的這種排列，一定程度上均衡了變壓器隨檔位和容量變化即相應的漏磁磁勢變化所帶來的阻抗變化，最大檔阻抗約為最小檔阻抗的2倍。

但是，變壓器阻抗偏大，必然造成無功功率消耗偏大，使變壓器電壓調(diào)整率變大，功率因數(shù)降低，變壓器的使用效率受到影響。為此，客戶提出了進一步均衡各檔位阻抗的要求。

2 改進后繞組排列及短路阻抗計算

2.1 改進后的繞組排列及原理分析

分析結(jié)果顯示，要實現(xiàn)調(diào)節(jié)阻抗的目的，唯有從改變變壓器漏磁結(jié)構(gòu)調(diào)整漏磁面積著手。我們知道，變壓器的漏磁面積還受漏磁組數(shù)的影響。前述的方案是一個漏磁組結(jié)構(gòu)，如果把低壓繞組分成兩大部分，分別置于高壓繞組的內(nèi)外側(cè)，就構(gòu)成了兩個漏磁組結(jié)構(gòu)，下面我們來分析計算這種結(jié)構(gòu)的阻抗情況。為了使改進前后的效果具有可比性，高低壓繞組的線規(guī)、各層結(jié)構(gòu)繞組的幅向、高度、繞制結(jié)構(gòu)均不作改變。

圖3 H-L6時漏磁組分布圖

改進后的變壓器繞組排布如圖4所示，低壓繞組1、2、3檔繞組段放在高壓繞組的內(nèi)側(cè)，低壓繞組4、5、6檔繞組段放在高壓繞組的外側(cè)，1、2、3檔時，變壓器依次切除低壓繞組的0、1、2段，高壓繞組內(nèi)外都有低壓繞組，是兩個漏磁組，從第4檔開始，變壓器內(nèi)側(cè)的1、2、3段低壓繞組全部切除，僅剩外側(cè)部分，構(gòu)成一個漏磁組結(jié)構(gòu)。其中，高壓繞組HV1、HV2兩部分的寬度比等于高壓繞組內(nèi)外側(cè)的低壓繞組匝數(shù)比。

圖4 改進后的變壓器繞組排列示意圖

2.2 改進后的短路阻抗計算

第一檔運行時，低壓繞組全部載流運行，根據(jù)漏磁面積計算公式，代入相應數(shù)值計算得：

第一檔漏磁分布示意如圖5所示。

圖5 第一檔時漏磁組分布示意圖

第六檔運行時，低壓繞組僅最外2層載流運行，根據(jù)漏磁面積計算公式，代入相應數(shù)值計算得：∑D=658.11。

第六檔漏磁分布示意如圖6所示。

結(jié)構(gòu)改進前后各檔位的阻抗計算結(jié)果如表2所示。

從上面的計算結(jié)果可以看出，通過改變變壓器的漏磁組數(shù)，可以顯著將最大的第一檔的阻抗由16.04%調(diào)整到6.46%，使最大阻抗變?yōu)榈谒臋n的9.5%，阻抗變化范圍變成了6.46%～9.5%，是35 kV級變壓器的常用阻抗區(qū)間。

3 結(jié)語

對于恒磁通、多級大范圍調(diào)壓且伴隨大幅度容量變化的融冰變壓器，容量增加對阻抗增大有著巨大而關鍵性的影響，通過繞組漏磁結(jié)構(gòu)的排布調(diào)整，可一定程度上抑制阻抗的增加，但難以根本性改變阻抗隨容量變化大幅增加的趨勢，難以達到變壓器高效運行的理想狀態(tài)。而改變變壓器的漏磁組數(shù)量，可以完全調(diào)整變壓器阻抗變化的趨勢，使變壓器阻抗變化區(qū)間達到可接受的狀態(tài)。上例變壓器阻抗的值還可以通過繞組漏磁高度和寬度的調(diào)整在一定范圍內(nèi)優(yōu)化，使變壓器的運行達到用戶滿意的效果。

圖6 第六檔時漏磁組分布示意圖

表2 結(jié)構(gòu)改進前后各檔位的阻抗計算結(jié)果