有載調壓高阻抗變壓器設計比較

陳金波，黃紅光

（明珠電氣股份有限公司，廣東廣州，510000）

有載調壓高阻抗變壓器設計比較

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有載調壓高阻抗電力變壓器的設計思路及計算方法，并通過實例驗證。

有載調壓；高阻抗；設計算方法；實例對比

0 引言

高阻抗是電力變壓器高抗短路能力的關鍵因素之一，為了提高變壓器的運行可靠性，有的發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，從而實現變壓器的高抗短路能力的目的。為了實現高阻抗電力變壓器的要求，產品的設計結構也是各種各樣，本文主要針對比較常用的兩種高阻抗雙繞組有載調壓變壓器結構進行分析比較，從而選擇對產品使用較有利的結構進行設計。

1 高阻抗變壓器設計方法

1.1 阻抗計算方法

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計進行分析。

變壓器阻抗計算公式：

式中：

Ux：阻抗電壓百分數；

f ：額定頻率（Hz）；

I：額定相電流（A）；

W：繞組額定匝數；

∑D：等值漏磁面積（cm2）；

?：洛氏系數；

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 高阻抗設計方法

由以上計算公式可以看出變壓器阻抗與設計的匝數、漏磁面積、匝電壓、電抗高度等參數有著直接的關系。如果能夠設計較多的匝數、較大的漏磁面積、較小的匝電壓、較矮的線圈高度必然能夠實現高阻抗的目的。

然而匝數、匝電壓、線圈高度等與產品的性能參數有著直接的關系，對產品的總體性能參數及制造成本影響較大，這里暫時不討論。常用的設計方法主要是利用產品的漏磁面積，通過產品的結構調整可以有效的控制產品的漏磁面積大小，主要是通過放大變壓器線圈主空道距離或者調大線圈輻向尺寸來實現高阻抗的效果，本文主要對這兩種調整漏磁面積的結構進行分析比較。

2 高阻抗變壓器結構

在不考慮調整匝數、匝電壓、線圈高度的情況下，通過改變產品的漏磁面積來實現高阻抗的目的，常用的方法有：加大主空道將調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）、或將高低壓均分裂成兩部分繞組（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構。本文選擇較常用的兩種結構（圖1、圖2所示）進行對比。

高阻抗設計結構常用的方式如圖1、圖2所示。圖1結構將低壓繞組分裂成兩部分，通過兩部分的串聯進行設計，圖2結構將調壓放置于高低壓之間進行設計。

圖1 低壓繞組分裂結構

圖2 低-調-高繞組排列結構

圖3 高壓繞組分裂結構

圖4 高低繞組分裂結構

3 高阻抗結構阻抗的計算方法

3.1 低壓分裂結構阻抗計算方法

3.1.1 額定分接阻抗計算方法

額定分接磁勢分布如圖5所示，采用相對漏磁鏈法進行計算：

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

基準磁勢：

相對磁勢：

漏磁面積計算

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數計算采用公式（1）～（2）進行計算即可。

圖5 低壓分裂結構額定分接磁勢分布

3.1.2 最大分接阻抗計算方法

最大分接磁勢分布如圖6所示，采用相對漏磁鏈法進行計算：

基準磁勢：

相對磁勢：

漏磁面積計算

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數計算采用公式（1）～（2）進行計算即可。

圖6 低壓分裂結構最大分接磁勢分布

3.1.3 最小分接阻抗計算方法

最小分接磁勢分布如圖7所示，采用相對漏磁鏈法進行計算：

基準磁勢：

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

漏磁面積計算

式中g1、g2分別表示高壓的兩個部分，由磁勢分布圖可以看出高壓被劃分為兩個部分，按比例進行核實即可。

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數計算采用公式（1）～（2）進行計算即可。

圖7 低壓分裂結構最小分接磁勢分布

3.2 低-調-高排列結構阻抗計算方法

3.2.1 額定分接阻抗計算方法

額定分接磁勢分布如圖8所示，采用相對漏磁鏈法進行計算：

基準磁勢：

相對磁勢：

漏磁面積計算

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：

阻抗及洛氏系數計算與常規計算相同。

圖8 低-調-高結構額定分接磁勢分布

3.2.2 最大分接阻抗計算方法

最大分接磁勢分布如圖9所示，采用相對漏磁鏈法進行計算：

基準磁勢：相對磁勢：

漏磁面積計算

輻向尺寸：

阻抗及洛氏系數計算與常規計算相同。

3.2.3 最小分接阻抗計算方法

最小分接磁勢分布如圖10所示，采用相對漏磁鏈法進行計算：基準磁勢：

圖9 低-調-高結構最大分接磁勢分布

相對磁勢：

漏磁面積計算同公式（27）；

輻向尺寸計算同公式（28）；

阻抗及洛氏系數計算與常規計算相同。

圖10 低-調-高結構最小分接磁勢分布

4 高阻抗計算實例對比

對20kV高阻抗有載調壓電力變壓器進行實例計算。

表1 采用兩種結構的設計參數

根據上述理論計算，低壓分裂結構設計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值，而低-調-高排列結構設計的最大、最小分接電壓變化較大，并且調壓放置于高低繞組之間，工藝性比較復雜，這種結構不太理想。實例產品采用低壓分裂結構進行生產制造。

表2 實際測試數據

測試數據與設計數據比較接近，完全符合設計要求。

5 結論

（1）高阻抗有載調壓采用繞組分裂的結構方式進行設計，是可以實現阻抗的設計要求的，并且各分接的阻抗偏差較小，施工并不復雜，是較好的設計結構。

（2）采用調壓放置高低繞組之間的方式進行高阻抗設計，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商，保證產品阻抗設計符合。另外這種結構的調壓引線施工會更加復雜，不推薦采用這種方式。

（3）經過實際產品的驗證，采用相對磁鏈法進行阻抗計算較接近實測值。

（4）本文實例產品只是采用了低壓分裂結構方式，根據實際需要也可以采用高壓分裂結構或高低壓分裂結構方式，可以綜合考慮成本及工藝特性進行選擇。

[1]催立君.特種變壓器理論與設計[M].北京：科學技術文獻出版社，1995.

[2]尹克寧.變壓器設計原理[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]劉傳彝.電力變壓器設計計算方法與實踐[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2002.

陳金波（1982.6-），男，籍貫廣東封開縣，本科，電氣工程師，從事變壓器設計開發工作。

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