淺析220kV高阻抗變壓器的設計

錢同來

（哈爾濱變壓器有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

淺析220kV高阻抗變壓器的設計

錢同來

（哈爾濱變壓器有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150078）

文章著重介紹了三相繞組變壓器的設計方案，針對220kV的高抗電阻器繞組設計進行了不同方案的對比分析，并對文章中介紹的方案中的高阻抗變壓器同常規的標準阻抗變壓器進行了參數對比，從材料、成本等方面進行了比較。

高阻抗變壓器；結構；設計

1 標準阻抗變壓器阻抗匹配

從實際的應用中可以分析出，阻抗的匹配中，中低阻抗雖然阻抗小，但是額定電流卻很大，低阻抗變壓器的額定電流可以達到數千安。短路力同短路電路呈現出正比例關系，因此低壓繞組會受到很大的短路力。變壓器在電路中作為降壓結構存在，其低壓端直接連接低壓用戶。這就使得低壓端會極易在短路故障阿生后受到沖擊，所以，變壓器對于短路故障的抗性直接受到低壓繞組的短路故障抗性高低影響。從另一方面說，電網運行狀態的穩定與否、可靠暈否其關鍵因素便在于低壓繞組抗短路的性能高低。但是從實際的運轉用中發現，因為線路出現的短路故障后，變壓器會因為低壓繞組的損壞而退出運行，這種狀況發生幾率很高，所以抗短路能力的提高成為了目前低壓繞組研究的焦點。雖然在某些問題上已經取得了一定的進展，但是實際的要求隨著應用的需求在不斷的提高，當前的研究狀態仍舊無法同實際需要相適應。

2 解決方案

短路阻抗同電流之間會呈現出反比例關系，不過短路力卻會和短路電流數值的平方呈現出正比例關系。所以可以看出，短路電流減低則短路力會隨之現將，而短路阻抗的提高則會對短路電流予以降低，那么短路抗阻的增加會間接性的降低短路力，效果顯著。因此越來越多的電力系統中的變壓器開始選擇了高阻抗變壓器。這是由于正太變壓器的短路抗性高低是由其低壓繞組界定的，正式由于這一因素使得阻抗的提高成為問題的解決的核心。

2.1 方案一

在標準阻抗的變壓器中，變壓器在抗短路上的薄弱環節便是低壓繞組，因此可以對變壓器中的阻抗值進行改變，根據實際情況進行最大幅度的提升。下面便對其具體的提高方式進行探討。

阻抗的提高可以通過以下方式進行：首先可以將主漏磁通道在繞組間進行增大，其次可以將輻向尺寸在繞組進行提高；再者可以對繞組電抗高度予以降低；最后則是通過繞組直徑的增加的方式對阻抗予以提高。以上方式都能夠有效提高變壓器繞組的阻抗，但是最直接最有效的方式便是增加主漏磁通道。但是電抗高度和鐵心如果確定下來，那么若是將主漏磁通道以為的增大，對于中低繞組來說會帶來相當大的缺陷：首先若是繞組間以為的增大主漏磁通道，其阻抗也不會增加很多，最多可以增大0.1%，這樣的增量是無法滿足阻抗提高的要求的；其次，若是主漏磁通道的增加量過大，那么就需要絕緣材料對其進行填充，絕緣材料的性質決定了其具有一定的干燥收縮性能，因此中低繞組之間便會有間隙產生，這種現象導致的結果會使得繞組輻向支撐消失，那么變壓器就無法實現對其抗短路能有效提升的目的。而上述問題可以通過分裂繞組的方式予以解決，并且目前國內很多廠家都是采用該種方案進行處理的，部分制造商將繞組中部分匝數剝離，繞至高壓繞組的外側，并并在中低繞組間設置高壓調壓繞組，而另一部分制造商則是通過對高壓繞組進行分裂的方式有效改善上述問題產生的不理影響，采用分離高壓繞組并將一部分設置在中低繞組間。

上述兩種方式在實際的應用中可行性都較高，而第一種方式中存在一個不利點，調壓繞組設置在中低壓繞組處會受到磁場的影響，所以受到的短路力回交大，并且這種繞組輻向支撐較差，因此短路力的承受能力也較差。由于存在較高的磁場，因此繞組中會產生較大的渦流損耗，因此局部發熱量較高。

此外，在高壓繞組以及中壓繞組中調壓引線需要從其上下端引出，因此絕緣布置會遇到諸多的問題，無論設計還是制造都十分復雜。而第二種方式，由于在中低壓繞組中僅僅設置了高壓繞組的一部分，這就需要復雜的絕緣布置對其進行保障。并且由于中壓繞組以及高壓繞組之間存在較大的電氣強度，所以該種方式也具有局限性。上述方式由于都屬于分裂繞組法，這就使得無法用升溫實驗對繞組的內外部升溫情況進行分別的測量，一旦某一部分的溫度偏高，就會對設備的整體性能造成影響。若是二者比較，第二種方法要略優于第一種方法。

2.2 方案二

據了解， 目前國內的電力系統多將限流電抗器申聯于網絡中用以限制系統的故障電流。這樣雖然可有效地限制系統中的故障電流， 但卻不能限制發生在變壓器近口處的故障電流。而這種故障電流往往會直接沖擊變壓器的內部繞組， 其后果也常常很嚴重。因為變壓器近口短路故障是變壓器可能遭受到的最嚴重的故障之一， 有時該故障會超出變壓器的設計承受能力。這也是為什么許多變壓器可以承受許多次系統短路電流的沖擊而承受不住一次近口短路電流沖擊的原因之一。由于限流電抗器需承受一定的短時短路電流，所以限流電抗器應具備足夠的動穩定和熱穩定能力以承受該短路電流產生的機械力和熱沖擊。電感原件， 因此沖擊波的傳遞和分布應充分地考慮電抗器繞組電感帶來的影響。必要時應采取適當的措施來保證有足夠的絕緣強度。

該方案同標準阻抗的變壓器一樣，其繞組之間不需要特別放大主漏磁通道。并且這種方案在接線方式上也近似于標準阻抗變壓器，只不過低壓繞組同限流電抗器之間采用了串聯的方式。

結語

首先內置電抗器在設計上較為簡單，并且電抗器以及變壓器原設計原則以及計算公式仍舊能夠在新型電抗器以及變壓器中適用，且計算出的結果接近于實際的數值，能夠達到標準要求。其次由于結構簡單因此較為容易制造，且產品質量可靠性高，且能夠保證其性能能夠達到國際標準。相對比于標準阻抗的變壓器，高阻抗變壓器在體積上更小，成本上更低，并且運行穩定性高，能夠使得電力系統更加可靠，簡單的設備結構使得維護工作難度大大降低。

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10.13612/j.cnki.cntp.2014.04.109