大型變壓器的抗短路能力分析研究

崔得民

摘 要

本文針對唐山電網(wǎng)運(yùn)行的大型變壓器展開抗短路能力分析研究。

【關(guān)鍵詞】大型變壓器 唐山電網(wǎng)

1 大型電力變壓器抗短路能力分析技術(shù)概述

1.1 收集數(shù)據(jù)建立變壓器抗短路能力評價(jià)數(shù)據(jù)庫

從制造廠家和運(yùn)行單位收集在運(yùn)的變壓器的詳細(xì)資料，重點(diǎn)包括：銘牌參數(shù)等等。

2 采用日本變壓器專業(yè)委員會(huì)抗短路校核方法校核

日本變壓器專業(yè)委員會(huì)推薦的計(jì)算方法是根據(jù)彈性理論由承受幅向壓力的薄壁圓筒的幅向穩(wěn)定公式推導(dǎo)出來的，同時(shí)考慮了實(shí)際的變壓器繞組與薄壁圓筒的差異，即不僅考慮到繞組的具體結(jié)構(gòu)、繞制方法，還考慮到了繞組內(nèi)撐條的有效支撐點(diǎn)數(shù)等。

2.1 額定電流的選取

低壓側(cè)繞組在短路時(shí)，其所受電動(dòng)力與變壓器低壓側(cè)容量無關(guān)，只是與變壓器的額定容量成正比，此次校核所有的變壓器的短路容量為180000KVA，流過低壓側(cè)繞組的電流為額定電流In（相電流），則

In=180000/（Un*3） A；

Un為變壓器低壓側(cè)繞組額定電壓（為線電壓）單位為kV；

2.2 系統(tǒng)阻抗的選取

計(jì)算系統(tǒng)阻抗，要了解系統(tǒng)短路視在容量，由于各個(gè)地點(diǎn)系統(tǒng)短路容量不一，為方便計(jì)算，采用GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規(guī)定的系統(tǒng)短路視在容量：

根據(jù)阻抗公式，計(jì)算系統(tǒng)阻抗 ：

（Ω）；（注：此值為實(shí)際值）

其中UN為系統(tǒng)電壓；S1R為短路視在容量；

以變壓器阻抗為基準(zhǔn)，將系統(tǒng)阻抗折算為標(biāo)么值Z1R：

（%）

其中：ZN為變壓器阻抗，S1R為變壓器額定容量。由于此次變壓器校核都為容量180MVA的變壓器，根據(jù)GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規(guī)定的系統(tǒng)短路視在容量220kV側(cè)為18000MVA，中壓側(cè)為9000MVA。帶入上面公式可得：

高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗Z1R= *100=*100=1 （%）

中壓側(cè)系統(tǒng)阻抗Z1R= *100=*100=2 （%）

2.3 短路阻抗的選取

按照三種方法介紹：

（1）當(dāng)采取高、中聯(lián)合供電時(shí)。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則》，當(dāng)三相三繞組變壓器一側(cè)短路，另外兩側(cè)同時(shí)供電時(shí)，其等效為星形電路圖可以由圖1表示：其中：Z1、Z2、Z3分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗；

Z1R、Z2R、Z3R分別為高、中、低壓系統(tǒng)等值阻抗；

此處：Z1=（Z12+Z13?Z23）/2 %；

Z2=（Z12+Z23?Z13）/2 %；

Z3=（Z13+Z23?Z12）/2 %。

Z12 為變壓器高、中阻抗 %；Z13 為變壓器高、低阻抗 %；Z23 為變壓器中、低阻抗 %。

由于低壓側(cè)短路因此低壓側(cè)線路阻抗Zx3=0，在此情況下，高、中繞組并聯(lián)，對低壓串聯(lián)，此時(shí)短路阻抗：

ZS=Z3+ ；

ZS為變壓器為低壓繞組短路時(shí)候短路阻抗；

（2）采取中壓繞組供電時(shí)。此時(shí)對照圖1，相當(dāng)于高壓懸空，此時(shí)系統(tǒng)的短路阻抗由中壓線路阻抗、中壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯(lián)而得：

ZS=Z2+Z2R+Z3=Z23+Z2R % ；

（3）當(dāng)采用高壓供電，低壓無電源供電時(shí)候。此時(shí)對照圖1，相當(dāng)于中壓懸空；，此時(shí)系統(tǒng)的短路阻抗由高壓線路阻抗、高壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯(lián)而得：

ZS=Z1+Z1R+Z3=Z13+Z1R % 。

2.4 短路穩(wěn)態(tài)電流及峰值電流計(jì)算

根據(jù)短路圖1，設(shè)短路穩(wěn)態(tài)電流為I，則：

I=In*100/（ZS） A；

由日本變壓器專業(yè)委員會(huì)提供的公式可知：短路峰值電流設(shè)為Im，則：

Im=K**I A；

K——系數(shù)，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，按原有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對大型變壓器取1.8，在現(xiàn)在執(zhí)行的IEC60076—5：2000及GB1094.5—2003標(biāo)準(zhǔn)中對100MVA及以上的（Ⅲ類）變壓器取1.9。

2.5 短路力的計(jì)算

則短路時(shí)單位高度的安匝密度：

Am= =（KA/mm） （2）

式中：N——線圈的匝數(shù)；

h——線圈的高度。

（2）短路時(shí)內(nèi)線圈承受的輻向電動(dòng)力

內(nèi)線圈的輻向壓縮電動(dòng)力：

Fr=6.4Im=（g） （3）

式中：lm——線圈的平均周長，mm。

作用到每個(gè)線餅平均周長的視在壓縮輻向電動(dòng)力為：

Fc= （g/mm） （4）

式中：M ---線餅數(shù)

（3）內(nèi)線圈的輻向失穩(wěn)平均臨界強(qiáng)度：

FB=（m2?1） （g/mm） （5）

式中：E---銅導(dǎo)線的彈性模量，普通軟銅導(dǎo)線通常取E=12.25×104MPa；

R---圈的平均半徑（cm），其值可由r=求出；

m--線圈內(nèi)徑撐條的有效支撐數(shù)目，為實(shí)際撐條數(shù)的一半，m=，m=*b3*t，Zk為實(shí)際撐條數(shù)；

I—導(dǎo)線的慣性矩，mm4，其值由下式求得：

對于普通導(dǎo)線：

導(dǎo)線慣性矩：， m= （mm4） （6）

式中：nb——線餅中輻向的導(dǎo)線根數(shù)；

b——單根導(dǎo)線的輻向?qū)挾龋琺m；

nl——線餅中軸向的導(dǎo)線根數(shù)；

t——單根導(dǎo)線的軸向高度，mm；

y——廣取決于線餅和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常1≤y≤3，對于普通導(dǎo)線y=1。

3 結(jié)論

根據(jù)分析結(jié)論，可按照此類日本變壓器專業(yè)委員會(huì)的抗短路能力校核方法對唐山電網(wǎng)目前運(yùn)行的220kV大型電力變壓器進(jìn)行抗短路能力校核，以安全裕度達(dá)到2.0為合格標(biāo)準(zhǔn)。

作者單位

國網(wǎng)唐山供電公司 河北省唐山市 063020endprint

摘 要

本文針對唐山電網(wǎng)運(yùn)行的大型變壓器展開抗短路能力分析研究。

【關(guān)鍵詞】大型變壓器 唐山電網(wǎng)

1 大型電力變壓器抗短路能力分析技術(shù)概述

1.1 收集數(shù)據(jù)建立變壓器抗短路能力評價(jià)數(shù)據(jù)庫

從制造廠家和運(yùn)行單位收集在運(yùn)的變壓器的詳細(xì)資料，重點(diǎn)包括：銘牌參數(shù)等等。

2 采用日本變壓器專業(yè)委員會(huì)抗短路校核方法校核

日本變壓器專業(yè)委員會(huì)推薦的計(jì)算方法是根據(jù)彈性理論由承受幅向壓力的薄壁圓筒的幅向穩(wěn)定公式推導(dǎo)出來的，同時(shí)考慮了實(shí)際的變壓器繞組與薄壁圓筒的差異，即不僅考慮到繞組的具體結(jié)構(gòu)、繞制方法，還考慮到了繞組內(nèi)撐條的有效支撐點(diǎn)數(shù)等。

2.1 額定電流的選取

低壓側(cè)繞組在短路時(shí)，其所受電動(dòng)力與變壓器低壓側(cè)容量無關(guān)，只是與變壓器的額定容量成正比，此次校核所有的變壓器的短路容量為180000KVA，流過低壓側(cè)繞組的電流為額定電流In（相電流），則

In=180000/（Un*3） A；

Un為變壓器低壓側(cè)繞組額定電壓（為線電壓）單位為kV；

2.2 系統(tǒng)阻抗的選取

計(jì)算系統(tǒng)阻抗，要了解系統(tǒng)短路視在容量，由于各個(gè)地點(diǎn)系統(tǒng)短路容量不一，為方便計(jì)算，采用GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規(guī)定的系統(tǒng)短路視在容量：

根據(jù)阻抗公式，計(jì)算系統(tǒng)阻抗 ：

（Ω）；（注：此值為實(shí)際值）

其中UN為系統(tǒng)電壓；S1R為短路視在容量；

以變壓器阻抗為基準(zhǔn)，將系統(tǒng)阻抗折算為標(biāo)么值Z1R：

（%）

其中：ZN為變壓器阻抗，S1R為變壓器額定容量。由于此次變壓器校核都為容量180MVA的變壓器，根據(jù)GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規(guī)定的系統(tǒng)短路視在容量220kV側(cè)為18000MVA，中壓側(cè)為9000MVA。帶入上面公式可得：

高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗Z1R= *100=*100=1 （%）

中壓側(cè)系統(tǒng)阻抗Z1R= *100=*100=2 （%）

2.3 短路阻抗的選取

按照三種方法介紹：

（1）當(dāng)采取高、中聯(lián)合供電時(shí)。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則》，當(dāng)三相三繞組變壓器一側(cè)短路，另外兩側(cè)同時(shí)供電時(shí)，其等效為星形電路圖可以由圖1表示：其中：Z1、Z2、Z3分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗；

Z1R、Z2R、Z3R分別為高、中、低壓系統(tǒng)等值阻抗；

此處：Z1=（Z12+Z13?Z23）/2 %；

Z2=（Z12+Z23?Z13）/2 %；

Z3=（Z13+Z23?Z12）/2 %。

Z12 為變壓器高、中阻抗 %；Z13 為變壓器高、低阻抗 %；Z23 為變壓器中、低阻抗 %。

由于低壓側(cè)短路因此低壓側(cè)線路阻抗Zx3=0，在此情況下，高、中繞組并聯(lián)，對低壓串聯(lián)，此時(shí)短路阻抗：

ZS=Z3+ ；

ZS為變壓器為低壓繞組短路時(shí)候短路阻抗；

（2）采取中壓繞組供電時(shí)。此時(shí)對照圖1，相當(dāng)于高壓懸空，此時(shí)系統(tǒng)的短路阻抗由中壓線路阻抗、中壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯(lián)而得：

ZS=Z2+Z2R+Z3=Z23+Z2R % ；

（3）當(dāng)采用高壓供電，低壓無電源供電時(shí)候。此時(shí)對照圖1，相當(dāng)于中壓懸空；，此時(shí)系統(tǒng)的短路阻抗由高壓線路阻抗、高壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯(lián)而得：

ZS=Z1+Z1R+Z3=Z13+Z1R % 。

2.4 短路穩(wěn)態(tài)電流及峰值電流計(jì)算

根據(jù)短路圖1，設(shè)短路穩(wěn)態(tài)電流為I，則：

I=In*100/（ZS） A；

由日本變壓器專業(yè)委員會(huì)提供的公式可知：短路峰值電流設(shè)為Im，則：

Im=K**I A；

K——系數(shù)，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，按原有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對大型變壓器取1.8，在現(xiàn)在執(zhí)行的IEC60076—5：2000及GB1094.5—2003標(biāo)準(zhǔn)中對100MVA及以上的（Ⅲ類）變壓器取1.9。

2.5 短路力的計(jì)算

則短路時(shí)單位高度的安匝密度：

Am= =（KA/mm） （2）

式中：N——線圈的匝數(shù)；

h——線圈的高度。

（2）短路時(shí)內(nèi)線圈承受的輻向電動(dòng)力

內(nèi)線圈的輻向壓縮電動(dòng)力：

Fr=6.4Im=（g） （3）

式中：lm——線圈的平均周長，mm。

作用到每個(gè)線餅平均周長的視在壓縮輻向電動(dòng)力為：

Fc= （g/mm） （4）

式中：M ---線餅數(shù)

（3）內(nèi)線圈的輻向失穩(wěn)平均臨界強(qiáng)度：

FB=（m2?1） （g/mm） （5）

式中：E---銅導(dǎo)線的彈性模量，普通軟銅導(dǎo)線通常取E=12.25×104MPa；

R---圈的平均半徑（cm），其值可由r=求出；

m--線圈內(nèi)徑撐條的有效支撐數(shù)目，為實(shí)際撐條數(shù)的一半，m=，m=*b3*t，Zk為實(shí)際撐條數(shù)；

I—導(dǎo)線的慣性矩，mm4，其值由下式求得：

對于普通導(dǎo)線：

導(dǎo)線慣性矩：， m= （mm4） （6）

式中：nb——線餅中輻向的導(dǎo)線根數(shù)；

b——單根導(dǎo)線的輻向?qū)挾龋琺m；

nl——線餅中軸向的導(dǎo)線根數(shù)；

t——單根導(dǎo)線的軸向高度，mm；

y——廣取決于線餅和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常1≤y≤3，對于普通導(dǎo)線y=1。

3 結(jié)論

根據(jù)分析結(jié)論，可按照此類日本變壓器專業(yè)委員會(huì)的抗短路能力校核方法對唐山電網(wǎng)目前運(yùn)行的220kV大型電力變壓器進(jìn)行抗短路能力校核，以安全裕度達(dá)到2.0為合格標(biāo)準(zhǔn)。

作者單位

國網(wǎng)唐山供電公司 河北省唐山市 063020endprint

摘 要

本文針對唐山電網(wǎng)運(yùn)行的大型變壓器展開抗短路能力分析研究。

【關(guān)鍵詞】大型變壓器 唐山電網(wǎng)

1 大型電力變壓器抗短路能力分析技術(shù)概述

1.1 收集數(shù)據(jù)建立變壓器抗短路能力評價(jià)數(shù)據(jù)庫

從制造廠家和運(yùn)行單位收集在運(yùn)的變壓器的詳細(xì)資料，重點(diǎn)包括：銘牌參數(shù)等等。

2 采用日本變壓器專業(yè)委員會(huì)抗短路校核方法校核

日本變壓器專業(yè)委員會(huì)推薦的計(jì)算方法是根據(jù)彈性理論由承受幅向壓力的薄壁圓筒的幅向穩(wěn)定公式推導(dǎo)出來的，同時(shí)考慮了實(shí)際的變壓器繞組與薄壁圓筒的差異，即不僅考慮到繞組的具體結(jié)構(gòu)、繞制方法，還考慮到了繞組內(nèi)撐條的有效支撐點(diǎn)數(shù)等。

2.1 額定電流的選取

低壓側(cè)繞組在短路時(shí)，其所受電動(dòng)力與變壓器低壓側(cè)容量無關(guān)，只是與變壓器的額定容量成正比，此次校核所有的變壓器的短路容量為180000KVA，流過低壓側(cè)繞組的電流為額定電流In（相電流），則

In=180000/（Un*3） A；

Un為變壓器低壓側(cè)繞組額定電壓（為線電壓）單位為kV；

2.2 系統(tǒng)阻抗的選取

計(jì)算系統(tǒng)阻抗，要了解系統(tǒng)短路視在容量，由于各個(gè)地點(diǎn)系統(tǒng)短路容量不一，為方便計(jì)算，采用GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規(guī)定的系統(tǒng)短路視在容量：

根據(jù)阻抗公式，計(jì)算系統(tǒng)阻抗 ：

（Ω）；（注：此值為實(shí)際值）

其中UN為系統(tǒng)電壓；S1R為短路視在容量；

以變壓器阻抗為基準(zhǔn)，將系統(tǒng)阻抗折算為標(biāo)么值Z1R：

（%）

其中：ZN為變壓器阻抗，S1R為變壓器額定容量。由于此次變壓器校核都為容量180MVA的變壓器，根據(jù)GB1094.5《變壓器抗短路能力》中規(guī)定的系統(tǒng)短路視在容量220kV側(cè)為18000MVA，中壓側(cè)為9000MVA。帶入上面公式可得：

高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗Z1R= *100=*100=1 （%）

中壓側(cè)系統(tǒng)阻抗Z1R= *100=*100=2 （%）

2.3 短路阻抗的選取

按照三種方法介紹：

（1）當(dāng)采取高、中聯(lián)合供電時(shí)。根據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則》，當(dāng)三相三繞組變壓器一側(cè)短路，另外兩側(cè)同時(shí)供電時(shí)，其等效為星形電路圖可以由圖1表示：其中：Z1、Z2、Z3分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗；

Z1R、Z2R、Z3R分別為高、中、低壓系統(tǒng)等值阻抗；

此處：Z1=（Z12+Z13?Z23）/2 %；

Z2=（Z12+Z23?Z13）/2 %；

Z3=（Z13+Z23?Z12）/2 %。

Z12 為變壓器高、中阻抗 %；Z13 為變壓器高、低阻抗 %；Z23 為變壓器中、低阻抗 %。

由于低壓側(cè)短路因此低壓側(cè)線路阻抗Zx3=0，在此情況下，高、中繞組并聯(lián)，對低壓串聯(lián)，此時(shí)短路阻抗：

ZS=Z3+ ；

ZS為變壓器為低壓繞組短路時(shí)候短路阻抗；

（2）采取中壓繞組供電時(shí)。此時(shí)對照圖1，相當(dāng)于高壓懸空，此時(shí)系統(tǒng)的短路阻抗由中壓線路阻抗、中壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯(lián)而得：

ZS=Z2+Z2R+Z3=Z23+Z2R % ；

（3）當(dāng)采用高壓供電，低壓無電源供電時(shí)候。此時(shí)對照圖1，相當(dāng)于中壓懸空；，此時(shí)系統(tǒng)的短路阻抗由高壓線路阻抗、高壓繞組等值阻抗和低壓繞組等值阻抗串聯(lián)而得：

ZS=Z1+Z1R+Z3=Z13+Z1R % 。

2.4 短路穩(wěn)態(tài)電流及峰值電流計(jì)算

根據(jù)短路圖1，設(shè)短路穩(wěn)態(tài)電流為I，則：

I=In*100/（ZS） A；

由日本變壓器專業(yè)委員會(huì)提供的公式可知：短路峰值電流設(shè)為Im，則：

Im=K**I A；

K——系數(shù)，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，按原有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對大型變壓器取1.8，在現(xiàn)在執(zhí)行的IEC60076—5：2000及GB1094.5—2003標(biāo)準(zhǔn)中對100MVA及以上的（Ⅲ類）變壓器取1.9。

2.5 短路力的計(jì)算

則短路時(shí)單位高度的安匝密度：

Am= =（KA/mm） （2）

式中：N——線圈的匝數(shù)；

h——線圈的高度。

（2）短路時(shí)內(nèi)線圈承受的輻向電動(dòng)力

內(nèi)線圈的輻向壓縮電動(dòng)力：

Fr=6.4Im=（g） （3）

式中：lm——線圈的平均周長，mm。

作用到每個(gè)線餅平均周長的視在壓縮輻向電動(dòng)力為：

Fc= （g/mm） （4）

式中：M ---線餅數(shù)

（3）內(nèi)線圈的輻向失穩(wěn)平均臨界強(qiáng)度：

FB=（m2?1） （g/mm） （5）

式中：E---銅導(dǎo)線的彈性模量，普通軟銅導(dǎo)線通常取E=12.25×104MPa；

R---圈的平均半徑（cm），其值可由r=求出；

m--線圈內(nèi)徑撐條的有效支撐數(shù)目，為實(shí)際撐條數(shù)的一半，m=，m=*b3*t，Zk為實(shí)際撐條數(shù)；

I—導(dǎo)線的慣性矩，mm4，其值由下式求得：

對于普通導(dǎo)線：

導(dǎo)線慣性矩：， m= （mm4） （6）

式中：nb——線餅中輻向的導(dǎo)線根數(shù)；

b——單根導(dǎo)線的輻向?qū)挾龋琺m；

nl——線餅中軸向的導(dǎo)線根數(shù)；

t——單根導(dǎo)線的軸向高度，mm；

y——廣取決于線餅和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常1≤y≤3，對于普通導(dǎo)線y=1。

3 結(jié)論

根據(jù)分析結(jié)論，可按照此類日本變壓器專業(yè)委員會(huì)的抗短路能力校核方法對唐山電網(wǎng)目前運(yùn)行的220kV大型電力變壓器進(jìn)行抗短路能力校核，以安全裕度達(dá)到2.0為合格標(biāo)準(zhǔn)。

作者單位

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