大容量低阻抗短路试验变压器的设计
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【摘 要】介绍一种大容量低阻抗短路试验变压器的设计、试验方法。
【关键词】试验变压器；低阻抗；试验；短路
1 前言
特变电工沈阳变压器集团有限公司承接了某集团有限公司的大容量强电流试验站用短路试验变压器的生产任务。本套设备共三台单相试验变压器，主要进行高压开关设备三相直接试验的电源，还要做合成试验电流源及高压开关设备动热稳定试验的电流源。产品型号为YLD-550000/220，产品技术要求比较特殊：10000kVA长期空载运行，短时550MVA/280MVA容量下每班8小时共计进行30至60次短路试验以及变压器自身能够承受出线端短路的能力，对变压器绕组机械强度提出很高的要求。
2 产品设计时的几个关键点
2.1 技术要求及结构简介
此台产品高压侧252kV全绝缘，低压侧4个额定电压6kV绕组可串可并，电压比220/4×6kV，三台单相变压器可接成单相或三相运行，变压器一二次侧绕组不同接法时共有14种电压输出。
根据以上特点综合考虑，采用单相四柱铁心、双主柱双旁轭结构，每柱两个低压线圈形成低高低结构，高压线圈串联，这样可以使低线圈和引线的结构尽可能简化。低压四个线圈首尾均通过套管引到箱盖上面，经外部的开关组合成串、并联连接。
2.2 阻抗计算
本台产品要求10000KVA时的阻抗为≤1%，对应额定短时工作容量下的阻抗≤55%（550MVA），不允许有正偏差。以往在设计常规电力变压器时是不必考虑附加电抗系数的，但由于此台试验变的阻抗照常规比明显小的多，以及短时运行时二次侧电流大的特点，这时其阻抗的电阻分量和引线上的电抗压降将变得不可忽略，根据以往做试验变的经验，如不考虑这一问题将会造成实测值大于计算值，甚至会超过协议的要求，造成难以挽回的结果，因此在本体产品阻抗计算时只计算到0.85%左右，留有足够裕度。最终试验结果也充分验证了这一点，最终阻抗设计值为0.84%，实测值0.92%，比计算值高出9.5%，满足协议对阻抗的要求。
另外，除考虑阻抗偏差的问题，还不可忽略其高低压绕组之间阻抗匹配的问题，由于采用了单相四柱铁心、低-高-低结构，每柱两个低压线圈除了串联运行外还有并联运行的联结方式，这样就必须得保证高压线圈分别对两个低压线圈的阻抗匹配相等。否则在低压并联运行时两个低压线圈容量分配不均将产生巨大的环流损耗。
2.3 线圈设计
本台产品高压侧电压等级及绝缘水平均为220KV级全绝缘，低压电压等级为6 KV，绝缘水平要求冲击350kV、工频耐受电压160 kV。为了高低压绕组间的寄生电容尽可能小，在高低压线圈间增加地屏接地。针对产品特殊要求和工作条件，必须提高绕组的抗短路能力和绝缘水平，导线全部采用自粘性换位导线，并提高导线的屈服强度，高压线圈导线σ0.2≥160MPa、低压线圈导线σ0.2≥200MPa，高压采用内屏连续式线圈，低压线圈采用四螺旋式端部拉平。合理选择线规并提高导线的绝缘，严格保证高低线圈的安匝平衡。
3 产品试验时的关键点
本台产品的温升试验也有一定特点需要特别注意。通常情况下常规电力变都采用短路法进行试验。先施加一定倍数的电流（通常在1.2倍以下），产生总损耗来考核变压器油面温升。然后再施加线圈的额定电流来考核线圈温升。本产品用户要求考核10000kVA容量下的油面和绕组温升，与电力变不同的在于10000kVA容量下空载损耗远远大于负载损耗，如果还采用常规的短路法试验那么施加的电流将达到额定电流的1.5～1.6倍，将导致线圈实测温升过高、超过标准，有可能使线圈受到过热损害。并且当电流降到额定电流时有可能还会出现负的铜油温差，这显然是不符合客观规律的，因此必须改变试验方法。由于为保证变压器二次短路电流和被试品断路器开断后能获得无明显畸变的正弦波，协议要求高压侧在额定电压下磁通密度不大于1.1T，实际设计取值1.096T。同时基于其负载损耗远小于空载损耗的这个特点，最终决定采用空载过励磁法来进行油面温升试验，这样就可以将其实测的负载损耗值全部折算到铁心的损耗里，经过反推计算需要将空载试验电压增加到额定试验电压的1.04倍，利用铁心与油有较大的接触面可以较快的达到油面的稳定温升。在测量完油面温升后再通过短路法给绕组加入额定电流测量绕组的铜油温差。通过采用此方法温升试验取得了比较满意的结果。
4 结束语
通过以上精心设计并辅以先进的仿真验证软件的使用和特殊的试验方法，此台变压器一次通过全部试验、试验结果全部满足技术协议的要求，取得了令人比较满意的结果。
以下是此台产品的设计值和实测值及标准值的比较，通过比较可以看出实测值完全符合实际要求。
计算值 实测值 标准
空载损耗 42.12 kW 35.96 kW 实测值
负载损耗 3.21 kW 3.36 kW 实测值
空载电流 0.665% 0.659% 实测值
短路阻抗 0.84% 0.92% ≤1%
局 放 - - -
1.5Um√3 - 100PC 500PC
参考文献：
[1]崔立君 特种变压器理论与设计[M].北京：科技文献出版社，1996.