有载调压高阻抗变压器设计比较

陈金波，黄红光

（明珠电气股份有限公司，广东广州，510000）

有载调压高阻抗变压器设计比较

陈金波，黄红光

（明珠电气股份有限公司，广东广州，510000）

分析比较20kV有载调压高阻抗电力变压器的设计思路及计算方法，并通过实例验证。

有载调压；高阻抗；设计算方法；实例对比

0 引言

高阻抗是电力变压器高抗短路能力的关键因素之一，为了提高变压器的运行可靠性，有的发电厂甚至增加变压器的制造成本，提高变压器自身的阻抗电压，降低变压器自身的短路电流，从而实现变压器的高抗短路能力的目的。为了实现高阻抗电力变压器的要求，产品的设计结构也是各种各样，本文主要针对比较常用的两种高阻抗双绕组有载调压变压器结构进行分析比较，从而选择对产品使用较有利的结构进行设计。

1 高阻抗变压器设计方法

1.1 阻抗计算方法

变压器的短路阻抗包含电阻分量与电抗分量，由于电力变压器的电阻分量所占的比例较小，变压器阻抗值近似等于电抗分量，本文主要针对电抗分量的设计进行分析。

变压器阻抗计算公式：

式中：

Ux：阻抗电压百分数；

f ：额定频率（Hz）；

I：额定相电流（A）；

W：绕组额定匝数；

∑D：等值漏磁面积（cm2）；

ñ：洛氏系数；

et：匝电压（V）；

Hk：各绕组平均电抗高度（mm）；

τ ：线圈总辐向尺寸（mm）。

1.2 高阻抗设计方法

由以上计算公式可以看出变压器阻抗与设计的匝数、漏磁面积、匝电压、电抗高度等参数有着直接的关系。如果能够设计较多的匝数、较大的漏磁面积、较小的匝电压、较矮的线圈高度必然能够实现高阻抗的目的。

然而匝数、匝电压、线圈高度等与产品的性能参数有着直接的关系，对产品的总体性能参数及制造成本影响较大，这里暂时不讨论。常用的设计方法主要是利用产品的漏磁面积，通过产品的结构调整可以有效的控制产品的漏磁面积大小，主要是通过放大变压器线圈主空道距离或者调大线圈辐向尺寸来实现高阻抗的效果，本文主要对这两种调整漏磁面积的结构进行分析比较。

2 高阻抗变压器结构

在不考虑调整匝数、匝电压、线圈高度的情况下，通过改变产品的漏磁面积来实现高阻抗的目的，常用的方法有：加大主空道将调压线圈放置与高低压绕组之间（图2所示）；将高低压的线圈辐向放大，比如将高压或低压分裂成两部分绕组（图2、3所示）、或将高低压均分裂成两部分绕组（图4所示），最终会考虑到整体的成本及施工的难易程度选择合适的结构。本文选择较常用的两种结构（图1、图2所示）进行对比。

高阻抗设计结构常用的方式如图1、图2所示。图1结构将低压绕组分裂成两部分，通过两部分的串联进行设计，图2结构将调压放置于高低压之间进行设计。

图1 低压绕组分裂结构

图2 低-调-高绕组排列结构

图3 高压绕组分裂结构

图4 高低绕组分裂结构

3 高阻抗结构阻抗的计算方法

3.1 低压分裂结构阻抗计算方法

3.1.1 额定分接阻抗计算方法

额定分接磁势分布如图5所示，采用相对漏磁链法进行计算：

I代表电流，W代表匝数，下表d表示低压分量、g表示高压分量、t表示调压分量，下同；

基准磁势：

相对磁势：

漏磁面积计算

辐向尺寸：

阻抗及洛氏系数计算采用公式（1）～（2）进行计算即可。

图5 低压分裂结构额定分接磁势分布

3.1.2 最大分接阻抗计算方法

最大分接磁势分布如图6所示，采用相对漏磁链法进行计算：

基准磁势：

相对磁势：

漏磁面积计算

辐向尺寸：

阻抗及洛氏系数计算采用公式（1）～（2）进行计算即可。

图6 低压分裂结构最大分接磁势分布

3.1.3 最小分接阻抗计算方法

最小分接磁势分布如图7所示，采用相对漏磁链法进行计算：

基准磁势：

相对磁势：

高压辐向尺寸分为两部分分别为1gT、2gT，平均半径分别为Rg1、Rg2

漏磁面积计算

式中g1、g2分别表示高压的两个部分，由磁势分布图可以看出高压被划分为两个部分，按比例进行核实即可。

辐向尺寸：

阻抗及洛氏系数计算采用公式（1）～（2）进行计算即可。

图7 低压分裂结构最小分接磁势分布

3.2 低-调-高排列结构阻抗计算方法

3.2.1 额定分接阻抗计算方法

额定分接磁势分布如图8所示，采用相对漏磁链法进行计算：

基准磁势：

相对磁势：

漏磁面积计算

Adg，Rpdg分别表示高低压之间的主空道总距离及其平均半径。

辐向尺寸：

阻抗及洛氏系数计算与常规计算相同。

图8 低-调-高结构额定分接磁势分布

3.2.2 最大分接阻抗计算方法

最大分接磁势分布如图9所示，采用相对漏磁链法进行计算：

基准磁势：相对磁势：

漏磁面积计算

辐向尺寸：

阻抗及洛氏系数计算与常规计算相同。

3.2.3 最小分接阻抗计算方法

最小分接磁势分布如图10所示，采用相对漏磁链法进行计算：基准磁势：

图9 低-调-高结构最大分接磁势分布

相对磁势：

漏磁面积计算同公式（27）；

辐向尺寸计算同公式（28）；

阻抗及洛氏系数计算与常规计算相同。

图10 低-调-高结构最小分接磁势分布

4 高阻抗计算实例对比

对20kV高阻抗有载调压电力变压器进行实例计算。

表1 采用两种结构的设计参数

根据上述理论计算，低压分裂结构设计的各分接电压变化较小，最大、最小分接都接近于额定分接的数值，而低-调-高排列结构设计的最大、最小分接电压变化较大，并且调压放置于高低绕组之间，工艺性比较复杂，这种结构不太理想。实例产品采用低压分裂结构进行生产制造。

表2 实际测试数据

测试数据与设计数据比较接近，完全符合设计要求。

5 结论

（1）高阻抗有载调压采用绕组分裂的结构方式进行设计，是可以实现阻抗的设计要求的，并且各分接的阻抗偏差较小，施工并不复杂，是较好的设计结构。

（2）采用调压放置高低绕组之间的方式进行高阻抗设计，会使得最大、最小分接的阻抗值与额定分接的阻抗值偏差较大，需要提前与用户做好协商，保证产品阻抗设计符合。另外这种结构的调压引线施工会更加复杂，不推荐采用这种方式。

（3）经过实际产品的验证，采用相对磁链法进行阻抗计算较接近实测值。

（4）本文实例产品只是采用了低压分裂结构方式，根据实际需要也可以采用高压分裂结构或高低压分裂结构方式，可以综合考虑成本及工艺特性进行选择。

[1]催立君.特种变压器理论与设计[M].北京：科学技术文献出版社，1995.

[2]尹克宁.变压器设计原理[M].北京：中国电力出版社，2003.

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

陈金波（1982.6-），男，籍贯广东封开县，本科，电气工程师，从事变压器设计开发工作。

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