大型變壓器的抗短路能力分析研究

崔得民

摘 要

本文針對唐山電網運行的大型變壓器展開抗短路能力分析研究。

【關鍵詞】大型變壓器 唐山電網

1 大型電力變壓器抗短路能力分析技術概述

1.1 收集數據建立變壓器抗短路能力評價數據庫

從制造廠家和運行單位收集在運的變壓器的詳細資料，重點包括：銘牌參數等等。

2 采用日本變壓器專業委員會抗短路校核方法校核

日本變壓器專業委員會推薦的計算方法是根據彈性理論由承受幅向壓力的薄壁圓筒的幅向穩定公式推導出來的，同時考慮了實際的變壓器繞組與薄壁圓筒的差異，即不僅考慮到繞組的具體結構、繞制方法，還考慮到了繞組內撐條的有效支撐點數等。

2.1 額定電流的選取

低壓側繞組在短路時，其所受電動力與變壓器低壓側容量無關，只是與變壓器的額定容量成正比，此次校核所有的變壓器的短路容量為180000KVA，流過低壓側繞組的電流為額定電流In（相電流），則

In=180000/（Un*3） A；

Un為變壓器低壓側繞組額定電壓（為線電壓）單位為kV；

2.2 系統阻抗的選取

計算系統阻抗，要了解系統短路視在容量，由于各個地點系統短路容量不一，為方便計算，采用GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規定的系統短路視在容量：

根據阻抗公式，計算系統阻抗 ：

（Ω）；（注：此值為實際值）

其中UN為系統電壓；S1R為短路視在容量；

以變壓器阻抗為基準，將系統阻抗折算為標么值Z1R：

（%）

其中：ZN為變壓器阻抗，S1R為變壓器額定容量。由于此次變壓器校核都為容量180MVA的變壓器，根據GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規定的系統短路視在容量220kV側為18000MVA，中壓側為9000MVA。帶入上面公式可得：

高壓側系統阻抗Z1R= *100=*100=1 （%）

中壓側系統阻抗Z1R= *100=*100=2 （%）

2.3 短路阻抗的選取

按照三種方法介紹：

（1）當采取高、中聯合供電時。根據中華人民共和國國家標準《電力變壓器應用導則》，當三相三繞組變壓器一側短路，另外兩側同時供電時，其等效為星形電路圖可以由圖1表示：其中：Z1、Z2、Z3分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗；

Z1R、Z2R、Z3R分別為高、中、低壓系統等值阻抗；

此處：Z1=（Z12+Z13?Z23）/2 %；

Z2=（Z12+Z23?Z13）/2 %；

Z3=（Z13+Z23?Z12）/2 %。

Z12 為變壓器高、中阻抗 %；Z13 為變壓器高、低阻抗 %；Z23 為變壓器中、低阻抗 %。

由于低壓側短路因此低壓側線路阻抗Zx3=0，在此情況下，高、中繞組并聯，對低壓串聯，此時短路阻抗：

ZS=Z3+ ；

ZS為變壓器為低壓繞組短路時候短路阻抗；

（2）采取中壓繞組供電時。此時對照圖1，相當于高壓懸空，此時系統的短路阻抗由中壓線路阻抗、中壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯而得：

ZS=Z2+Z2R+Z3=Z23+Z2R % ；

（3）當采用高壓供電，低壓無電源供電時候。此時對照圖1，相當于中壓懸空；，此時系統的短路阻抗由高壓線路阻抗、高壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯而得：

ZS=Z1+Z1R+Z3=Z13+Z1R % 。

2.4 短路穩態電流及峰值電流計算

根據短路圖1，設短路穩態電流為I，則：

I=In*100/（ZS） A；

由日本變壓器專業委員會提供的公式可知：短路峰值電流設為Im，則：

Im=K**I A；

K——系數，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，按原有關標準，對大型變壓器取1.8，在現在執行的IEC60076—5：2000及GB1094.5—2003標準中對100MVA及以上的（Ⅲ類）變壓器取1.9。

2.5 短路力的計算

則短路時單位高度的安匝密度：

Am= =（KA/mm） （2）

式中：N——線圈的匝數；

h——線圈的高度。

（2）短路時內線圈承受的輻向電動力

內線圈的輻向壓縮電動力：

Fr=6.4Im=（g） （3）

式中：lm——線圈的平均周長，mm。

作用到每個線餅平均周長的視在壓縮輻向電動力為：

Fc= （g/mm） （4）

式中：M ---線餅數

（3）內線圈的輻向失穩平均臨界強度：

FB=（m2?1） （g/mm） （5）

式中：E---銅導線的彈性模量，普通軟銅導線通常取E=12.25×104MPa；

R---圈的平均半徑（cm），其值可由r=求出；

m--線圈內徑撐條的有效支撐數目，為實際撐條數的一半，m=，m=*b3*t，Zk為實際撐條數；

I—導線的慣性矩，mm4，其值由下式求得：

對于普通導線：

導線慣性矩：， m= （mm4） （6）

式中：nb——線餅中輻向的導線根數；

b——單根導線的輻向寬度，mm；

nl——線餅中軸向的導線根數；

t——單根導線的軸向高度，mm；

y——廣取決于線餅和導線結構的經驗系數，通常1≤y≤3，對于普通導線y=1。

3 結論

根據分析結論，可按照此類日本變壓器專業委員會的抗短路能力校核方法對唐山電網目前運行的220kV大型電力變壓器進行抗短路能力校核，以安全裕度達到2.0為合格標準。

作者單位

國網唐山供電公司 河北省唐山市 063020endprint

摘 要

本文針對唐山電網運行的大型變壓器展開抗短路能力分析研究。

【關鍵詞】大型變壓器 唐山電網

1 大型電力變壓器抗短路能力分析技術概述

1.1 收集數據建立變壓器抗短路能力評價數據庫

從制造廠家和運行單位收集在運的變壓器的詳細資料，重點包括：銘牌參數等等。

2 采用日本變壓器專業委員會抗短路校核方法校核

日本變壓器專業委員會推薦的計算方法是根據彈性理論由承受幅向壓力的薄壁圓筒的幅向穩定公式推導出來的，同時考慮了實際的變壓器繞組與薄壁圓筒的差異，即不僅考慮到繞組的具體結構、繞制方法，還考慮到了繞組內撐條的有效支撐點數等。

2.1 額定電流的選取

低壓側繞組在短路時，其所受電動力與變壓器低壓側容量無關，只是與變壓器的額定容量成正比，此次校核所有的變壓器的短路容量為180000KVA，流過低壓側繞組的電流為額定電流In（相電流），則

In=180000/（Un*3） A；

Un為變壓器低壓側繞組額定電壓（為線電壓）單位為kV；

2.2 系統阻抗的選取

計算系統阻抗，要了解系統短路視在容量，由于各個地點系統短路容量不一，為方便計算，采用GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規定的系統短路視在容量：

根據阻抗公式，計算系統阻抗 ：

（Ω）；（注：此值為實際值）

其中UN為系統電壓；S1R為短路視在容量；

以變壓器阻抗為基準，將系統阻抗折算為標么值Z1R：

（%）

其中：ZN為變壓器阻抗，S1R為變壓器額定容量。由于此次變壓器校核都為容量180MVA的變壓器，根據GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規定的系統短路視在容量220kV側為18000MVA，中壓側為9000MVA。帶入上面公式可得：

高壓側系統阻抗Z1R= *100=*100=1 （%）

中壓側系統阻抗Z1R= *100=*100=2 （%）

2.3 短路阻抗的選取

按照三種方法介紹：

（1）當采取高、中聯合供電時。根據中華人民共和國國家標準《電力變壓器應用導則》，當三相三繞組變壓器一側短路，另外兩側同時供電時，其等效為星形電路圖可以由圖1表示：其中：Z1、Z2、Z3分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗；

Z1R、Z2R、Z3R分別為高、中、低壓系統等值阻抗；

此處：Z1=（Z12+Z13?Z23）/2 %；

Z2=（Z12+Z23?Z13）/2 %；

Z3=（Z13+Z23?Z12）/2 %。

Z12 為變壓器高、中阻抗 %；Z13 為變壓器高、低阻抗 %；Z23 為變壓器中、低阻抗 %。

由于低壓側短路因此低壓側線路阻抗Zx3=0，在此情況下，高、中繞組并聯，對低壓串聯，此時短路阻抗：

ZS=Z3+ ；

ZS為變壓器為低壓繞組短路時候短路阻抗；

（2）采取中壓繞組供電時。此時對照圖1，相當于高壓懸空，此時系統的短路阻抗由中壓線路阻抗、中壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯而得：

ZS=Z2+Z2R+Z3=Z23+Z2R % ；

（3）當采用高壓供電，低壓無電源供電時候。此時對照圖1，相當于中壓懸空；，此時系統的短路阻抗由高壓線路阻抗、高壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯而得：

ZS=Z1+Z1R+Z3=Z13+Z1R % 。

2.4 短路穩態電流及峰值電流計算

根據短路圖1，設短路穩態電流為I，則：

I=In*100/（ZS） A；

由日本變壓器專業委員會提供的公式可知：短路峰值電流設為Im，則：

Im=K**I A；

K——系數，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，按原有關標準，對大型變壓器取1.8，在現在執行的IEC60076—5：2000及GB1094.5—2003標準中對100MVA及以上的（Ⅲ類）變壓器取1.9。

2.5 短路力的計算

則短路時單位高度的安匝密度：

Am= =（KA/mm） （2）

式中：N——線圈的匝數；

h——線圈的高度。

（2）短路時內線圈承受的輻向電動力

內線圈的輻向壓縮電動力：

Fr=6.4Im=（g） （3）

式中：lm——線圈的平均周長，mm。

作用到每個線餅平均周長的視在壓縮輻向電動力為：

Fc= （g/mm） （4）

式中：M ---線餅數

（3）內線圈的輻向失穩平均臨界強度：

FB=（m2?1） （g/mm） （5）

式中：E---銅導線的彈性模量，普通軟銅導線通常取E=12.25×104MPa；

R---圈的平均半徑（cm），其值可由r=求出；

m--線圈內徑撐條的有效支撐數目，為實際撐條數的一半，m=，m=*b3*t，Zk為實際撐條數；

I—導線的慣性矩，mm4，其值由下式求得：

對于普通導線：

導線慣性矩：， m= （mm4） （6）

式中：nb——線餅中輻向的導線根數；

b——單根導線的輻向寬度，mm；

nl——線餅中軸向的導線根數；

t——單根導線的軸向高度，mm；

y——廣取決于線餅和導線結構的經驗系數，通常1≤y≤3，對于普通導線y=1。

3 結論

根據分析結論，可按照此類日本變壓器專業委員會的抗短路能力校核方法對唐山電網目前運行的220kV大型電力變壓器進行抗短路能力校核，以安全裕度達到2.0為合格標準。

作者單位

國網唐山供電公司 河北省唐山市 063020endprint

摘 要

本文針對唐山電網運行的大型變壓器展開抗短路能力分析研究。

【關鍵詞】大型變壓器 唐山電網

1 大型電力變壓器抗短路能力分析技術概述

1.1 收集數據建立變壓器抗短路能力評價數據庫

從制造廠家和運行單位收集在運的變壓器的詳細資料，重點包括：銘牌參數等等。

2 采用日本變壓器專業委員會抗短路校核方法校核

日本變壓器專業委員會推薦的計算方法是根據彈性理論由承受幅向壓力的薄壁圓筒的幅向穩定公式推導出來的，同時考慮了實際的變壓器繞組與薄壁圓筒的差異，即不僅考慮到繞組的具體結構、繞制方法，還考慮到了繞組內撐條的有效支撐點數等。

2.1 額定電流的選取

低壓側繞組在短路時，其所受電動力與變壓器低壓側容量無關，只是與變壓器的額定容量成正比，此次校核所有的變壓器的短路容量為180000KVA，流過低壓側繞組的電流為額定電流In（相電流），則

In=180000/（Un*3） A；

Un為變壓器低壓側繞組額定電壓（為線電壓）單位為kV；

2.2 系統阻抗的選取

計算系統阻抗，要了解系統短路視在容量，由于各個地點系統短路容量不一，為方便計算，采用GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規定的系統短路視在容量：

根據阻抗公式，計算系統阻抗 ：

（Ω）；（注：此值為實際值）

其中UN為系統電壓；S1R為短路視在容量；

以變壓器阻抗為基準，將系統阻抗折算為標么值Z1R：

（%）

其中：ZN為變壓器阻抗，S1R為變壓器額定容量。由于此次變壓器校核都為容量180MVA的變壓器，根據GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規定的系統短路視在容量220kV側為18000MVA，中壓側為9000MVA。帶入上面公式可得：

高壓側系統阻抗Z1R= *100=*100=1 （%）

中壓側系統阻抗Z1R= *100=*100=2 （%）

2.3 短路阻抗的選取

按照三種方法介紹：

（1）當采取高、中聯合供電時。根據中華人民共和國國家標準《電力變壓器應用導則》，當三相三繞組變壓器一側短路，另外兩側同時供電時，其等效為星形電路圖可以由圖1表示：其中：Z1、Z2、Z3分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗；

Z1R、Z2R、Z3R分別為高、中、低壓系統等值阻抗；

此處：Z1=（Z12+Z13?Z23）/2 %；

Z2=（Z12+Z23?Z13）/2 %；

Z3=（Z13+Z23?Z12）/2 %。

Z12 為變壓器高、中阻抗 %；Z13 為變壓器高、低阻抗 %；Z23 為變壓器中、低阻抗 %。

由于低壓側短路因此低壓側線路阻抗Zx3=0，在此情況下，高、中繞組并聯，對低壓串聯，此時短路阻抗：

ZS=Z3+ ；

ZS為變壓器為低壓繞組短路時候短路阻抗；

（2）采取中壓繞組供電時。此時對照圖1，相當于高壓懸空，此時系統的短路阻抗由中壓線路阻抗、中壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯而得：

ZS=Z2+Z2R+Z3=Z23+Z2R % ；

（3）當采用高壓供電，低壓無電源供電時候。此時對照圖1，相當于中壓懸空；，此時系統的短路阻抗由高壓線路阻抗、高壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯而得：

ZS=Z1+Z1R+Z3=Z13+Z1R % 。

2.4 短路穩態電流及峰值電流計算

根據短路圖1，設短路穩態電流為I，則：

I=In*100/（ZS） A；

由日本變壓器專業委員會提供的公式可知：短路峰值電流設為Im，則：

Im=K**I A；

K——系數，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，按原有關標準，對大型變壓器取1.8，在現在執行的IEC60076—5：2000及GB1094.5—2003標準中對100MVA及以上的（Ⅲ類）變壓器取1.9。

2.5 短路力的計算

則短路時單位高度的安匝密度：

Am= =（KA/mm） （2）

式中：N——線圈的匝數；

h——線圈的高度。

（2）短路時內線圈承受的輻向電動力

內線圈的輻向壓縮電動力：

Fr=6.4Im=（g） （3）

式中：lm——線圈的平均周長，mm。

作用到每個線餅平均周長的視在壓縮輻向電動力為：

Fc= （g/mm） （4）

式中：M ---線餅數

（3）內線圈的輻向失穩平均臨界強度：

FB=（m2?1） （g/mm） （5）

式中：E---銅導線的彈性模量，普通軟銅導線通常取E=12.25×104MPa；

R---圈的平均半徑（cm），其值可由r=求出；

m--線圈內徑撐條的有效支撐數目，為實際撐條數的一半，m=，m=*b3*t，Zk為實際撐條數；

I—導線的慣性矩，mm4，其值由下式求得：

對于普通導線：

導線慣性矩：， m= （mm4） （6）

式中：nb——線餅中輻向的導線根數；

b——單根導線的輻向寬度，mm；

nl——線餅中軸向的導線根數；

t——單根導線的軸向高度，mm；

y——廣取決于線餅和導線結構的經驗系數，通常1≤y≤3，對于普通導線y=1。

3 結論

根據分析結論，可按照此類日本變壓器專業委員會的抗短路能力校核方法對唐山電網目前運行的220kV大型電力變壓器進行抗短路能力校核，以安全裕度達到2.0為合格標準。

作者單位

國網唐山供電公司 河北省唐山市 063020endprint