一种双器身变压器设计方法的研究

林阳 王立文

摘 要：本文主要针对有载调压变压器每级调压匝数仅为一匝或更少的情况下，如果采用单器身结构，变压器形状会变得畸形，为保证变压器外形设计合理，采用双器身设计方法解决该问题。通过实例介绍双器身变压器的设计方法。

关键词：双器身；变压器；计算方法

1 研究背景

在中压带调压的有载调压变压器设计过程中，由于调压匝数较少，有时仅为一匝或不足一匝时，单器身变压器已经不能满足变比要求，通过双器身的设计方法，可以使调压匝数增多，以此满足有载调压变比要求。本文主要针对美国一台三相自耦变压器，对双器身变压器设计方法解决调压匝数少的问题进行研究，为以后类似产品的设计提供参考和设计思路。

2 变压器设计方案

2.1 变压器主要参数

额定容量：448000/448000/80000 kVA

电压组合：（345±5%）/（118±16×0.625%）/13.8 kV

额定频率：60Hz

短路阻抗：H-L 11.2%（448MVA）

2.2 设计思路

如图1所示，为实现中压调压线圈匝数增加，使主器身上套有第三线圈（TV）、高压调压线圈（DETC）、高压线圈（HV）、中压线圈（LV）、中压调压线圈（LTC），小器身上有激磁线圈（LCTV）和中压补偿线圈（LC）。中压调压线圈连接正反调有载开关，它与中压线圈没有电的联系，只有磁的联系。小器身上的激磁线圈与中压调压线圈并联。通过改变中压调压线圈匝数使与之并联的激磁线圈电压改变，从而使小器身中压补偿线圈电压改变，从而改变变压器的中压电压。由于激磁线圈与中压补偿线圈可以设置变比条件，所以中压调压线圈电压可以高于中压分接电压，即开关每级匝数可以增多，实现变压器正常调压。

2.3 计算方法

（1）双器身容量的确定。根据变压器参数，主器身容量448000kVA；小器身的容量为中压调压线圈的最大容量44800 kVA。

（2）线圈匝数计算。通过计算确定主器身铁心直径D=φ1000mm，主柱截面积S=7181cm2，铁心磁密B=1.717T；低压匝数=E/（4.44×f×B×S× 10-4）=42匝；主器身线圈匝电势e=13800/42=328.57V；公共绕组匝数=118000/√3/328.57=207匝；高压线性调压，调压匝数=345000×2×5%/√3/328.57=60匝；高压最小分接匝数=345000×（1～5%）/√3/328.57=576匝，串联线圈匝数=576-207=369匝。

中压调压线圈（LTC）匝数计算比较特殊，它与主器身其他线圈不存在电气联结，只存在磁的联系，即中压调压线圈（LTC）匝电势与主器身其他线圈相同。通过设置中压调压线圈（LTC）匝数，可以计算出中压调压线圈电压。值得注意的是，电压的选取会影响中压调压线圈的电流以及开关电流的选取。因此设置中压调压线圈匝数104匝，中压调压线圈相电压=328.57×104=34200V。

由小器身容量确定小器身铁心直径D=φ560mm，主柱截面积S= 2262cm2，铁心磁密B=1.711T；中压补偿线圈最大相电压E=118000×16×0.625%/√3=6813V

中压补偿线圈匝数= E/（4.44×f×B×S× 10-4）=66匝；小器身线圈匝电势e=6813/66=103.23V；激磁线圈与中压调压线圈并联，激磁线圈相电压等于中压调压线圈相电压为34.2 kV，激磁线圈匝数=34200/103.23=331匝。

（3）线圈电流分配。线圈容量、线圈电压已经确定，所以电流可以计算。但应该注意：第一，在计算此类型双器身结构变压器时，中压调压线圈（LTC）的电流为自行确定；第二，中压补偿线圈（LC）的电流始终等于中压电流，在额定分接时，虽然中压补偿线圈没有电压，但它流过中压额定电流。

3 双器身变压器设计时应注意的问题

（1）双器身设计时应注意中压调压线圈（LTC）电压的选取，应该满足方便选择开关的要求。

（2）计算双器身变压器时注意套在同一铁心柱上的所有线圈匝电势应相同。

（3）设计两个器身时应注意小器身的高度不要高于主器身。

（4）计算额定分接损耗时应注意：虽然中压有载调压线圈不参与运行，但小器身中压补偿线圈中有电流流过，即小器身上的两个线圈有电流无电势，存在电阻损耗。

（5）计算额定分接阻抗时应注意：应该计算主器身与小器身的阻抗之和。

（6）双器身结构还可以改变调压线圈的电压以及电流。

4 双器身结构的特点

（1）双器身结构可以增加有载调压开关每级匝数，满足变压器结构设计和调压要求。

（2）双器身结构可以改变有载调压线圈匝数、电流和电压。当调压线圈匝数、电流或电压不满足开关选取要求时，可以使用双器身结构解决问题。

（3）双器身结构比单器身结构材料用量增加、结构复杂，所以只有在单器身不能满足要求或有载分接开关选择有问题时我们才采用雙器身结构。

5 结束语

本文通过实例介绍了双器身变压器的原理、计算方法、结构特点以及双器身变压器设计时应注意的问题，为变压器设计提供一个新的解决方案。

参考文献

[1]刘传彝.电力变压器设计方法与实践[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，2002.

[2]崔立君.特种变压器理论与设计[M].北京：科学技术文献出版社，1996.