220kv高阻抗变压器设计新方法

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[摘 要]介绍了220kv三相三绕组高阻抗变压器的参数特点，给出了一种工程计算新方法，并将此种计算方法与其它高阻抗计算方法进行了比较。

[关键词]变压器 ；高阻抗；绕组排列

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）46-0149-02

前言

随着电力系统容量的日益增长，短路电流也越来越大。为降低短路电流对变压器及其他电力设备的危害，高阻抗变压器逐渐运用到电力系统当中。近年来三绕组高阻抗变压器得到了广泛的应用。高阻抗变压器设计的突出问题主要有：阻抗匹配，漏磁及损耗的控制。本文以一台220KV（240MVA）三相三绕组有载调压高阻抗变压器（以下简称高抗变）为例对其设计过程加以简介。

1、常规三相三绕组有载调压变压器（降压变）的阻抗分析

高抗变的设计要素在于如何实现阻抗的匹配、对漏磁及损耗的控制，其中高阻抗的实现是首要因素。由高阻抗的特点可知，中低绕组之间阻抗增幅最大，因此我们以此为切入点进行探讨。

图1为常规变压器绕组的一般排列情况及磁势分布（额定分接，未标调压绕组）。三绕组变压器由三对阻抗分别记为uHM、uHL 及uML。通过图1所示高中压绕组运行、高低压绕组运行及中低压绕组运行时各自磁势图形面积的分析可知，图1a所示磁势图形面积等于图1b与图1c所示磁势图形面积之和。因此，可近视认为下式成立：

（1）

此常规变压器的公式在此不再阐述，但是在实际应用中，根据一些产品的数据分析，通常会引入工艺系数修正。 下图1：

2、高阻抗三相三绕组有载调压变压器阻抗分析

普通的三绕组有载调压降压变压器，高-中阻抗范围12～14%，高低阻抗范围为22～24%，中-低阻抗范围为7～9%。而三绕组的高阻抗有载调压降压变压器，通常为高中阻抗处于正常水平，而高低阻抗和中低阻抗较高。目前此类变压器实现高阻抗的方法主要有两种：串联电抗器和拆分绕组。以上两种实现高阻抗的方法在应用中均有其不足之处。对于串联电抗器的方法来说，串联铁心电抗器存在短路电流通过时电抗器铁心过饱和的问题，而空心电抗器难以消除线圈互感影响。拆分绕组的方法存在变压器体积巨大的缺陷。而且，当第一对绕组工作时，有一部分绕组工作在高漏磁区域，因此涡流损耗答，成本极高，不符合当下环保节约的要求。

本文将介绍一种新的220KV三绕组有载调压高阻抗变压器工程设计方法。该方法要求高压绕组靠近铁心放置，向外依次为中压绕组、调压绕组、低压绕组。新结构的高阻抗变压器的实质是通过增大中压绕组和低压绕组间主空道尺寸的方法，增大纵向漏磁面积，从而达到增大阻抗的目的。该方法仅增大了中压及低压绕组间空道尺寸，因此在提高了高―低阻抗、中―低阻抗的同时，并不影响高―中阻抗。而且由于高压绕组内置，大大减小了高压绕组直径，从而降低了高压绕组电阻，可以缩小高压对中压绕组运行时的负载损耗。高压内置的方法，改变了漏磁分布和电容分布，因此计算难点在于阻抗的精确计算和冲击分布计算。

2.1 变压器设计参数

本台变压器设计参数如下：

变压器型号：SFSZ11-240000/220

额定容量：240/240/120MVA

电压比：220±8×1.25%/115/10.5KV

联接组别：YNyn0d11

空载损耗：≤135KW，负载损耗：≤740KW，空载电流：≤0.5%

短路阻抗：高―中：14%±3.0% ，

高―低：35%±5.0% ，

中―低：21%±5.0%

冷却方式：油面最高温升：55K

绕组平均温升：65K

绝缘水平：LI950 AC395-LI400 AC200/LI480 AC200-LI325 AC140/LI175 AC35KV

2.2 阻抗计算

由文献[1]，变压器短路阻抗的工程计算公式为：，100% （2）

I1：额定电流，W1：绕组匝数，ρ：洛氏系数，∑D：漏磁面积，Hk：电抗高度，er：匝电势

根据变压器参数进行电磁计算，本台变压器容量较大，需采用三相五柱式铁心，心柱截面积7573.29cm2，磁通密度选取在1.73T附近，则变压器匝电势为： V。

以低压绕组为基准计算绕组匝数，W低=36匝，W中=228匝，W高=435匝，依据电磁计算变压器线圈及器身结构尺寸如图（2）所示，变压器从铁心侧到油箱侧依次为高压绕组、中压绕组、调压绕组、低压绕组，高压绕组靠近铁心放置，绕组到铁心间距85mm，高压绕组与中压绕组间空道尺寸为71mm，中压绕组与调压绕组间空道尺寸为40mm，调压绕组与低压绕组间空道尺寸为51mm，低压绕组与铁心旁柱之间距离为35.5mm。阻抗计算时，绕组幅向尺寸应为除去导线绝缘的裸铜尺寸，而空道尺寸则是计及线饼绝缘的尺寸。根据短路阻抗工程计算公式计算阻抗如下：（以额定分接时短路阻抗计算为例）

HY：

MY：

DY：

HV-MV：

MV-DV：

HV-LV：

短路阻抗为图2：

3、结语

从计算结果可以得出此变压器阻抗完全符合参数要求，达到预期目的，且经济性较好，是一种较为理想的高阻抗变压器设计方法。

参考文献

【1】 路长柏、朱英洛，等 电力变压器计算（修订本）哈尔滨.黑龙江科学技术出版社，1990.

【2】 刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践，辽宁科学技术出版社，20