220kV三繞組高阻抗變壓器兩種方案對比分析

袁洪丹　彭娜　方海彬

摘 要：本文對220kV高阻抗三繞組變壓器提出了兩種設計方案，并對兩種方案的結構形式進行了介紹，對產品的性能和成本進行了分析。

關鍵詞：變壓器；高阻抗；方案設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.189

1 前言

近年來，220kV三繞組變壓器多向高阻抗的方向邁進，因其阻抗越高，變壓器的抗短路能力就越強。其變壓器常規阻抗值，在GB6451中有以下規定：高-中阻抗為12%-14%，高-低阻抗為22%-24%，中-低阻抗為7%-9%。由于短路力與短路電流的平方成正比，短路電流與短路阻抗成反比，因此對于阻抗較小、電流較大的低壓繞組的抗短路能力的高低是整臺變壓器抗短路能力的關鍵。所以，對于三繞組變壓器，一般都將高-低和中-低的阻抗值提高。隨著阻抗的增加，雖然抗短路能力增強了，但是其改變了變壓器常規結構，使其結構相對復雜，相應地制造成本也隨之增加。對于一些阻抗相對國標增加不是很多的變壓器，可以通過增加中壓繞組和低壓繞組之間的主空道來實現。但在鐵心直徑和電抗高度已經確定的前提下，單純靠增加中低繞組間主空道其阻抗只能得到有限的增加，往往不能滿足用戶的要求。因此當中-低阻抗和高-低阻抗很大時，會采取其它的方案來滿足要求。本文以一個型號為SSZ-180000/220的變壓器為實例，對高阻抗變壓器采取高壓繞組內置和內置電抗器兩種方案進行比較，并對其性能和結構特點進行了對比，提出了高阻抗變壓器的設計建議。

2 變壓器的基本參數及兩種基本方案

型號：SSZ-180000/220

容量：180/180/90MVA

電壓比：230±8×1.25%/115/10.5kV

聯接組別：YNyn0d11

阻抗：高-中：14%±5% 中-低：38%±10% 高-低：54%±10%

基于以上變壓器的基本參數，提出兩種實現方案。方案1采用高壓繞組內置的方式，其繞組排列方式從內到外為：鐵心-高壓繞組-中壓繞組-調壓繞組-低壓繞組。該方案僅增加了中壓繞組和低壓繞組的主空道距離，在提高了變壓器高-低阻抗和中-低阻抗的同時，并不影響高-中阻抗。通過將高壓線圈內置，減小了高壓繞組的直徑，從而降低了高壓繞組的導線電阻，從而減小負載損耗。

方案2是采取內置電抗器的方案。它是在正常阻抗的變壓器的內部增加一個電抗器，電抗器繞組串聯在變壓器低壓繞組上，從而改變與低壓繞組相關的高-低阻抗和中-低阻抗，而不影響高-中阻抗。串聯的電抗器可以布置在變壓器長軸的一端，與有載開關相對。對于本臺變壓器，估算內置電抗器的阻抗值為30%，則變壓器的阻抗為高-中：14%，中-低：8% ，高-低：24%，這就與國標中要求的阻抗一致，便可以按照常規變壓器來設計，采取的繞組排列方式從內到外為：鐵心-低壓繞組-中壓繞組-高壓繞組-調壓繞組。從而發現，該方案的設計要點是電抗器參數的確定。

ZN=UN/IN其中UN—低壓額定電壓，IN—低壓額定相電流

UK =ZK/ZN其中UK—電抗器的阻抗值，ZK—電抗器的電抗值

故ZK= UK×ZN。由于其低壓容量為二分之一容量，所以UK =30%/2=15%，從而可以得出電抗器的電抗值為0.5512Ω。

3 高阻抗變壓器兩種方案的性能對比和結構特點

兩種方案高中運行時阻抗的變化趨勢不同，方案1最小分接17.89%，額定分接14.34%，最大分接11.39%。方案2最小分接13.46%，額定分接14.01%，最大分接14.21%。可見方案2的極限分接阻抗與額定分接阻抗偏差小，運行平穩。從產品的外形尺寸來看，方案1的油箱尺寸8760×2700×3090（mm），方案2的油箱尺寸為8870×2320×3005（mm）。方案1因采取高壓繞組倒置，將絕緣水平較高的高壓繞組靠近鐵心，需要增加鐵心到高壓繞組的主空道距離，因此其寬度比方案2寬。方案2因其需要放置電抗器，所以其油箱較方案1長，放置電抗器處需要局部增加油箱寬度。

在產品的設計上，方案1要注意高壓繞組端部的設計，需要使主絕緣電場和沖擊電壓作用下絕緣強度滿足要求。方案2要注意需要對電抗器所產生的漏磁場進行有效的屏蔽，以減少其在結構件中產生的損耗，防止局部過熱。另一方面，要采取可靠地夾緊結構，減小電抗器的機械振動。

4 高阻抗變壓器兩種方案的基本材料對比分析

兩種方案的變壓器從硅鋼片、銅導線和變壓器油這三種主要材料來對比，方案1硅鋼片78872kg，銅導線22992kg，變壓器油72580kg。而方案2的硅鋼片74800kg，銅導線24820kg，變壓器油64860kg。硅鋼片和變壓器油用量方案2都比方案1少，僅銅導線用量增加。方案2的繞組采用正常排列，其高壓繞組可采用組合導線，而方案1的高壓繞組必須采用自粘性換位導線，所以方案2還節省了一部分銅導線的加工費。綜合比較三大主要材料，在當今市場價格下，方案2比方案1節約5萬元，具有更好的優越性。

5 結論

（1）方案1的繞組排列方式與常規阻抗變壓器排列方式不同，將高壓繞組內置后，需要通過合理的布置產品的端部絕緣結構及采用磁屏蔽的措施來降低產品的負載損耗。

（2）方案2設計簡單方便，保持常規變壓器和電抗器的電磁計算原則，只是在中-低運行時和高-低運行時需要在變壓器的阻抗和損耗時增加串聯電抗器的阻抗和損耗即可。其增加的成本主要來源于內置的電抗器。

（3）方案2的極限分接阻抗與額定分接阻抗偏差較小。

（4）方案1與方案2的極限分接阻抗的趨勢是不同的，對于擴建站的變壓器，當與原變壓器并聯運行時需要注意考慮。

（5）對于高-低阻抗大于50%的高阻抗變壓器，從產品的經濟性來看，方案2優于方案1。

參考文獻：

[1]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京：機械工業出版社，2013（01）.

[2]崔力君等譯.C.B.瓦修京斯基.變壓器理論與計算[M].北京：機械工業出版社，1983.

作者簡介：袁洪丹（1981-），女，遼寧沈陽人，從事變壓器產品的設計與研發工作。endprint