提高非晶合金變壓器線圈抗短路能力設計

許建軍 艾麗君 李金武 許釬 王亞欽 呂孝隆

[摘要]：本文針對提高非晶合金變壓器線圈的抗短路能力設計，重點對線圈的漏磁平衡及安匝分布做詳細設計。通過調節高低壓線圈的輻向漏磁，有效降低短路后線圈安匝不平衡產生的軸向力。并通過計算軟件算出漏磁及力的大小，得出合理的線圈結構。

關鍵字：非晶合金，抗短路能力，漏磁平衡，安匝

1.前言：

非晶合金配電變壓器具有損耗低、空載電流小、節能、環保等優點備受國網，南網及廣大用戶青睞。但鐵心對機械應力非常敏感，線圈為矩形結構，線圈與非晶鐵心間不能過力撐緊，使其抗突發短路能力較差。國家電網公司公布的配電變壓器抽檢質量問題匯總中，通報處罰率最高的是非晶合金產品未通過抗短路。在這方面已有大量技術專業人員做了研究，有的提出繞制時層層刷環氧固化膠，提高線圈整體剛度。有的提出在鐵心與線圈之間增加高強度的環氧玻璃桶作為線圈骨架。有的提出將高低壓線圈用聚酯帶整體打綁，但繞制工效和成本會增加。本文中筆者重點對線圈的漏磁平衡及安匝分布做詳細設計。通過調節高低壓線圈的輻向漏磁，有效降低短路后線圈安匝不平衡產生的軸向力。

2.非晶合金變壓器線圈基本參數設計

設計案例選取廣西配電網改造項目非晶合金配電變壓器，主要性能參數如下：產品型號：SBH15-M-400/10;額定電壓：10kV/0.4kV（高壓/低壓）;額定電流23.09A/577.4（高壓/低壓）;阻抗電壓：4.0%;空載損耗：≤200W ;負載損耗：≤4520W。

選取線圈參數如下：高壓線圈為17層，總匝數為772匝，每層匝數為46匝，最后一層匝數為36匝，漆包銅扁線厚度1.56mm，高度為3.62mm。低壓線圈為17層，總匝數為17匝，每層匝數為1匝，導線規格為厚度1.05mm，高度為185mm的銅箔。

3.線圈安匝布置設計

3.1 抗短路能力試驗簡述

根據GB/T 1094.1中規定：配電變壓器短路試驗須分別在最大分接檔，主分接檔和最小分接檔上進行，每檔試驗次數為3次，三相試驗次數為9次，每次試驗時間為0.2S。因此每一檔的安匝平衡都必須在線圈設計中考慮到。

3.2 線圈安匝設計

如下圖1所示：將高壓線圈的分接抽頭分為兩個部分：第一部分與線圈的基本匝數（最小分接擋）相連;第二部分改變線圈繞向，使每擋與第一部分線圈檔位的匝數相對應。

1）當變壓器運行在額定擋時，X4與X5抽頭相連。X2—X4抽頭之間的匝數與X3—X5抽頭之間的匝數不流經電流。第一部分第16層上半部沒有安匝力，第二部第17層下半部分沒有安匝力，且高度完全相等，兩層相互補償漏磁，平衡安匝。

2）當變壓器運行在最小電壓檔時，X6與X7抽頭相連。X2—X4抽頭之間的匝數與X3—X5抽頭之間的匝數不流經電流。X4—X6抽頭之間的匝數與X5—X7抽頭之間的匝數不流經電流。第一部分第16層上半部沒有安匝力，第二部分第17層下半部分沒有安匝力，形成了相互補償，且高度完全相等，兩層相互補償漏磁，平衡安匝。

3）當變壓器運行在最大電壓擋時，X2與X3抽頭相連。X2—X4抽頭之間的匝數與X3—X5抽頭之間的匝數都流經電流。X4—X6抽頭之間的匝數與X5—X7抽頭之間的匝數都流經電流。電抗器高度分布非常均勻，安匝平衡。

4.線圈水平（輻向）漏磁計算與分析

上圖2橫軸為漏磁量（GS），軸向為線圈軸向高度（mm）。可以看出高壓第17層水平磁場曲線沿線圈軸向中心對稱分布。在第17層可以最大電壓檔，額定檔，最小電壓檔漏磁曲線均沿軸向中心對稱分布的。最大值為125GS，最小值為-165GS;且通過短路力計算高壓線圈的合成軸線短路力在最大分接位置為向下0.2455kN， 在最小分接位置為向下0.2702kN，在額定分接位置為向下0.2769kN;低壓線圈的合成軸線短路力在最大分接位置為向上0.1594kN， 在最小分接位置為向上0.1789kN，在額定分接位置為向上0.1789kN。

結論：

本文重點以非晶合金產品SBH15-M-400/10為實例進行線圈安匝設計，對線圈的漏磁平衡及安匝分布做詳細設計。從原理上設計線圈各層電抗高度完全相等，兩層相互補償漏磁，從而達到平衡安匝的目的。通過漏磁場及短路力技術軟件得出高低壓線圈水平曲線漏磁場分布圖，得出結論：高、低壓各層在最大電壓檔，額定檔，最小電壓檔的漏磁均是沿軸向中心對稱分布的，向線圈內側的漏磁與向外側的在數值上基本對稱分布。最后通過短路力計算高、低壓線圈的合成軸線短路力的數量級非常小。

參考文獻

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