主變壓器選型優化

林彬

摘 要：分析比選了主變壓器低壓側限制短路電流的3種方案，即主變中壓側分列運行方案、普通阻抗變壓器加限流電抗器方案和高阻抗變壓器方案，以期為相關單位的需要提供幫助。

關鍵詞：變壓器；短路電流；電網；阻抗

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.159

1 主變低壓側限制短路電流的方案比選

隨著電力系統中電網建設規模的逐年擴大，短路電流逐漸增大。尤其是在新建的變電站中，短路電流過大常導致電氣設備選型困難，進而增加了投資費用。如果系統發生短路時的電流為I1，則系統側的阻抗Xd=U0/I1.變壓器高、中、低三側的阻抗分別用X1，X2，X3表示，則單臺主變運行時的10 kV短路電流可用下式計算：

I3=U0/（Xd+X1+X3+XL）. （1）

2臺主變110 kV側并列運行時10 kV短路電流可用下式計算：

I3=U0/{Xd+1/[1/X1+1/（X1+2×X2）]+X3+XL}. （2）

此外，中壓側分列運行時與單臺主變壓器的運行情況相同，3臺主變壓器并列運行的情況依此類推。

由以上分析可知，可通過以下方式降低短路電流值：①110 kV母線采用分列運行的方式；②主變低壓側串接限流電抗器；③提升高壓側至中壓側的阻抗值。

在上述方式中，110 kV變電站由上一級220 kV站輻射狀供電，而110 kV母線采用分列運行的方式會使110 kV線路形成單母線供電，與雙母線接線方式相比，其可靠性低很多。因此，220 kV變電站的110 kV母線多采用雙母線接線方式。如果220 kV變電站的最終規模為3臺180 MVA主變壓器，則會有2臺主變在同一段母線上運行，而采用110 kV母線分列運行的方式僅能解決短時間內的短路電流問題，因此，不推薦采用該方式。

2 主變低壓側加裝限流電抗器

對于采用普通阻抗變壓器加限流電抗器限制短路電流的方案而言，需要設置3臺容量均為180 MVA的變壓器，系統側提供的220 kV短路電流約為32 kA，干式空心限流電抗器的額定電流為4 000 A，電抗率為10%.

根據上述條件計算得出，主變10 kV側分列運行時，限流電抗器前的短路電流值為65.69 kA，限流電抗器后的母線短路電流值為20.64 kA，可限制短路電流值為45.05 kA，限流率為68.58%.此時，對于10 kV母線及其配套設備的短路電流達到25 kA即可。

3 加裝高阻抗變壓器和進行分裂繞組

應在限制10 kV母線短路電流的同時，解決變壓器近區短路故障影響變壓器低壓繞組的問題，而加裝高阻抗變壓器是一種很好的解決方案。此外，也可基于普通變壓器的常規結構，通過調整鐵芯直徑和繞組參數或采取繞組拆分措施，增加繞組的漏抗，簡稱為分裂繞組方案。采用此方案可提高變壓器阻抗的電壓值，會有更多的漏磁通與一、二次繞組交鏈。而對于大容量的變壓器，漏磁通會加劇零部件和繞組的損耗，并導致設備溫度升高，

3.1 運行成本對比分析

加裝高阻抗變壓器的方案與分裂繞組方案的比較如表1所示。

由表1可知，加裝高阻抗變壓器的方案具有以下優點：①空載損耗較小，可降低約15%；②負載損耗較小，可降低約18%；③運行經濟性較高；④可控制阻抗偏差，從而滿足擴建站并聯運行的要求；⑤極限分接阻抗波動較小，運行平穩；⑥結構簡單、絕緣可靠性高。

在運行成本方面，變壓器的年電量損失可通過以下公式計算：

Q=（P0+PKβ2）t. （1）

式（1）中：P0為變壓器空載損耗，kW；PK為變壓器負載損耗，kW；β為變壓器的負載率，按70%計算；t為變壓器年工作小時數，按8 760 h計算。

根據式（1），采用分裂繞組方案變壓器的年電量損失Q1=3 624 888 kW·h，采用加裝高阻抗變壓器方案的變壓器年電量損失Q2=3 021 324 kW·h，差值ΔQ=603 564 kW·h。按照江西地區工業用電電價0.65元/kW·h計算，采用加裝高阻抗變壓器方案每年節省的資金M≈39.2萬元。按照變壓器壽命為30年計算，在整個壽命期內，每年折現率按照8%計算，每年可節省資金441.3萬元。

通過上述比較得知，內置電抗器的方案在運行和制作成本方面均優于分裂繞組方案。

3.2 變壓器噪聲對比分析

鐵芯的磁致伸縮是變壓器噪聲的主要來源，而加裝高阻抗變壓器方案中電抗器的容量一般為4 MVar左右，只占主變容量（180 MVA）的2.22%，可通過增強機械夾緊力來解決電抗器的噪聲問題。

3.3 變壓器電壓調整率對比分析

電壓調整率是指一個繞組的空載電壓及同一繞組在規定負載、功率因數之下的電壓之差與該繞組空載電壓的比值，通常以百分數表示。

4 結束語

本文比選了主變壓器低壓側限制短路電流的3種方案，推薦加裝高阻抗變壓器的方案為本工程主變壓器低壓側限流短路電流的主選方案。

〔編輯：張思楠〕