一種間調式變壓器的設計研究

周曉宇

寧夏發電集團有限責任公司馬蓮臺電廠，寧夏 靈武 750411

0 引言

隨著電化學、電冶金等用整流裝置的不斷增多和單機容量的不斷增大，間調式變壓器因其具有降低開關容量和較大的調壓范圍等諸多優點，而得到了較為廣泛的應用。在理論上，串壓變壓器調變壓的原理屬于間接調整變壓器電壓的方式，因而也往往簡稱為“間調式”變壓器。間調式變壓器一般情況下由主變壓器和串聯變壓器兩個重要的部件所構成的，且將它們置于同一機械箱內。

間調式變壓器結構中的直降式有載分接整流變壓器隨著科技發展逐漸成為大中型變壓器的發展樣式。早在上個世紀60年代中期，一些國家就開始將間調式變壓器應用于電化學、電冶金等中要的電力部門，國產的60kV間調式變壓器也已有二十余年的運行史。2001年，從日本引進的220kV間調式變壓器也已在貴陽某鋁廠投入運行，并獲得了較好的運行結果。

1 設計方法

一般情況下，間調式變壓器由主變和串變的低壓繞組兩部分相串聯組成，在結構上做成“8字”形。在調壓過程中，串變從主變的三次繞組勵磁，保持串變一、二次繞組的匝數比固定不變，當一次勵磁電壓發生變化時，其二次電壓也隨之變化，所以主變屬于恒磁通調壓。而串變高壓繞組匝數固定不變，通過調節分接選擇器的位置改變串變勵磁電壓的幅值，因而施加于串變高壓繞組的電壓是變化的，所以串變屬于變磁通調壓。使主變的二次電壓與串變感應的二次電壓相減或相加，便可使變壓器輸出端電壓得到范圍較寬的調整。要想調壓范圍增加一倍時，只需通過轉換選擇器而不必增加調壓匝數就可辦到，通過轉換選擇器的變化還可以調節勵磁電壓的正負。

但一些電工、電子愛好者甚至電子線路設計人員往往會碰到設計好的變壓器，繞制時卻繞不下；或者，變壓器設計時能滿足要求，但在帶足負載后往往達不到設定的電壓；或者，能夠設計出性能良好的變壓器，但制作成本較高而沒有商業價值。

一般情況下，主變三次回路電壓在15kV～25kV 之間，但要是一次電壓在15kV～35kV之間時，可選定使用三次回路電壓設計更為合適，不但能夠效的降低相應損耗和材料消耗，還能充分體現間調試變壓器的優點，達到理想的設計效果。在談到變壓器的設計方法與技巧時，應該注意一下的幾個方面的問題。

1.1 變壓器截面積確定

一般情況下，要根據變壓器使用時的總功率“P”來確定的鐵芯的截面積。在使用時，負載能夠保持恒定不變的，則可按照計算的理論值來選取鐵芯所設計的變壓器截面積。但如果負載，如功放電源、音頻等變壓器設備時，經常發生比較大的變化，則截面積的設定值應適當大于理論值，這樣才能確保有足夠的輸出功率。

那么如何確定變壓器的“P”值呢。首先，計算出使用時負荷的最大功率，然后根據使用情況估算出變壓器在使用中需要輸出的最大功率。特別是功放電路、音頻變壓器的電源變壓器等。這些最大功率就是這些變壓器的“P”值了。

1.2 每伏匝數的確定

變壓器的匝數是由硅鋼片的質量和鐵芯截面積等兩大重要因素決定的，通常從理論上計算出的每伏匝數是有較大余量的。但實際應用表明，將每伏匝數從理論設計的數值上減少5%～10%是更為合理的。如，一只額定功率為30W 的電源變壓器，根據理論計算（采用8700高斯的中矽鋼片）每伏匝數為7.0 匝，而實際使用時只需6.5匝/V就足夠了了，且這樣繞制的變壓器空載電流也就在24m左右。

1.3 漆包線的線徑確定

在不同的情況下，漆包線通載電流有著較大的差距，故線徑的變化幅度也較大。一般根據負載電流來確定線徑大小，變壓器在額定的電流下連續工作時，其工作電流一般保持不變，當環境溫度不是很高且變壓器本身散熱條件較好時，應按電流密度為2.5A/mm2選取漆包線的線經；但在環境溫度比較高且散熱條件不理想時，漆包線按電流密度2.0A/mm2選取線徑。如果變壓器連續工作時負載電流基本不變，但一般時段工作電流只有最大電流的1/2左右時，只需按照漆包線電流密度為2.5 A/mm2～3.0A/mm2來選取線徑就可以了。

這樣，既可保證變壓器質量又可提高電流的利用效率，大大降低運行成本，達到理想的設計效果。

2 設計特點

間調式變壓器的設計研究之所以引起人們的普遍關注，是因為具有以下顯著優點：

1）該變壓器較適用于一次電壓為10kV～25kV、容量為20MVA及以下的變壓器，當單機組容量大致15kV～35kV及以上時，可采用超高壓一次直降至所需電壓，就能大量節約變壓器的型式容量及投資成本；

2）間調式變壓器由于減少了變壓層次，充分利用變壓器的優點，一次電壓應在35kV及以下，總的變電效率可提高2.2%～3.5%，同時可改善功率因數，三次回路電壓的設計很好的體現了節能效果和節材；

3）該變壓器在設計是添加了有載分接開關置于第三線圈，其額定電流、電壓在實際應用時，不受電網電壓的限制，再加上，第三線圈的最大通過容量只有額定輸出容量的1/2，與采用獨立的調壓變壓器相比，采用較小容量的有載分接開關，可大大減少其負擔，具有更大的靈活性；

4）由于采用了同芯式線圈配置方式，在選擇了合理設計參數時，即使變壓器的調壓范圍大于了最高的40%，其阻抗電壓仍維持合理的范圍內；

5）電壓通過等差級數調，簡化了系統。總得來說，這種間調式變壓器中磁感應強度的大大減小，將使漏磁通量減小，即使匝數不變，也將使電抗減小，從而短路電壓也減小。這很好的減少了高頻系統中的電壓損失，此外，因為漏磁通量減小，也使變壓器周圍空間寄生磁電流場的強度大大降低，減小了維護工作量，降低了維護費用。

3 結論

將傳統的主變高壓繞組和調壓繞組式自耦變壓器改為由獨立繞組回路組成的間調式變壓器時，可大大降低相應損耗和有效減少材料消耗。要想設計出性價比較高的間調式變壓器，只能選取截面積較大的鐵芯而千萬不能設計鐵芯面積小的，但可適當減少每伏匝數，在選用漆包線規格時可根據實際應用的具體情況進行合理選擇。最后根據實際應用和實踐狀況進行反復推敲、推算得出較為合理的設計結果。相信只有掌握變壓器的設計方法和技巧，才能真正增加社會效益和企業效益。

[1]肖耀榮.電流互感器二次繞組排列及一次繞組出線方式與繼電保護的關系[J].變壓器，2009.

[2]秦家遠.變壓器中性點過電壓保護綜述[J].華中電力，2006.