基于雙繞組連續式線圈的電力變壓器電磁方案的計算方法探微

黃銳　呂學賓　楊曉濱

摘 要：現階段，我國變壓器電磁方案由于其自身設計變量及組合的繁雜性以及多變性導致變壓器計算過程非常復雜且其工作量較大，因此本文對雙繞組連續式線圈電力變壓器電磁方案計算方法進行分析，在電磁計算過程中直接應用短路阻抗，確定鐵心直徑、繞組匝數以及線圈高度設計變量，后按固定方式繞組排線確定繞組線規，計算結果，提升計算效率。

關鍵詞：雙繞組；連續式線圈；電力變壓器；電磁計算

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.172

高效電磁計算方案可大大簡化變壓器計算過程，有效提升計算效率，得到準確快速的計算結果，在確定電磁方案計算方式時，首先需針對現有額定容量、額定電壓等確定變壓器鐵心直徑、排線方式及線規等數據，后對變壓器繞組及鐵心尺寸及負載損耗等予以確定，若此上數據均可達到國家相關規定指標，即表明該電磁方案可行。

1 變壓器計算各指標確定

變壓器電磁計算方案在確定前具有一定的固定參數，如鐵心直徑D、線圈匝數W以及線規（a*b）等，該方案的計算可行性要求變壓器短路阻抗在標準要求偏差范圍之內，其空、負載損耗及繞組溫升分別以規定偏差小于標準值。若本次計算目標函數為主材成本且材料固定則電磁方案的優劣便由變壓器內部所應用硅鋼片及電磁線重量決定[1]。

本文主要以35kv雙繞組無勵磁調壓電力變壓器為例對電磁方案可行性予以驗證說明。首先確定該變壓器的基礎參數，其中額定電壓為U，額定電流I，鐵軛截面與鐵心柱及連續式線圈結構相同，鐵心損耗主要是指變壓器空載損耗，硅鋼片單位損耗以PFe表示，鐵心重量以GFe表示，空載損耗附加系數以KFe表示，鐵心損耗計算公式為：PFe=KFeGFepFe。若硅鋼片密度為PFe，鐵心窗高為Hw，鐵心柱中心距Mo，鐵心截面At其與鐵心直徑呈正比，G△為三相角重，則鐵心重量工程計算式為：GFe=pFe（3Hw+4Mo）At+G△。

繞組導線填充率主要是指繞組銅線在繞組縱斷面的填充程度，可用KT表示，其中繞組幅向尺寸可以C表示，線圈高度以H表示，S指繞組空間大小（S=HC），繞組匝數W，導線截面積S，以△表示電流密度[2]，則KT=WS/HC*100%，△=I/S=IW/HCKT.在具體產品應用時，KT與設計方案呈反比，而根據△可知，若KT一定，則△基本可確定。

變壓器負載損耗多指電阻、引線損耗等。若ρ為電磁線電阻率，繞組平均半徑以r表示，r與D及C相關，則負載損耗為：

同時根據研究可知，變壓器銅材成本與線圈高度、繞組匝數以及鐵心直徑等具有非常重要的相關性，繞組電流密度及線圈高度等均決定變壓器繞組溫升，繞組幅向尺寸可決定鐵心柱中心距大小，繞組高度決定鐵心窗高大小。

因此，此上可知，磁通密度與繞組匝數之間的聯系非常緊密，若以主材成本作為目標函數則繞組匝數、鐵心直徑、線圈高度以及繞組幅向尺寸均可對電磁方案的可行性予以影響，決定其優劣性[3]。

2 變壓器短路抗阻計算

以35kv雙繞組無勵磁調壓電力變壓器為例，各數據因素分別為：鐵心半徑R，R至低壓線圈絕緣距離ao；主空道絕緣距離及平均半徑分別為a12及r12；低高壓線圈內半徑、幅向尺寸及平均半徑分別以R1、R2，a1、a2，r1、r2表示。

后可根據以上數據計算變壓器短路電抗標志，如下所述：

其中，最大磁通密度為Bm，Hx為線圈電抗高度，為漏磁面積。

實際變壓器中a1a2接近，則

其中，Sx及S12分別為低壓線圈內側至高壓線圈外側圓環橫斷面積，以及主空道圓環橫斷面積，則根據以上公式可計算線圈幅向尺寸a1=a2=（R1-R-a0-a12）/2，后可針對具體相關數據對系數予以修改。

根據計算可知若以主材成本為目標函數，則變壓器電磁方案的可行性及優劣性均以鐵心直徑、繞組匝數以及線圈高度所決定，故而在具體方案應用前，需要對以上三因素進行確定[4]，后依據此類因素計算繞組及鐵心尺寸，后在繞組尺寸內以排線規則實現繞組排線后確定線規，以此簡化計算過程。

3 結束語

以上主要對雙繞組線圈電力電壓器結構予以分析，針對現有的變壓器電磁計算方案予以新方案研究，變壓器短路阻抗性指標直接應用于計算，以線圈高度為新型設計變量，按照一定的相關原則計算并確定影響因素，得到計算結果，提升電磁計算效率，使其計算方法得到有效優化，最終實現最優解。

參考文獻：

[1]周惠良，梁芬，姜宏偉.雙繞組連續式線圈電力變壓器電磁方案計算方法[J].電氣制造，2014（08）：76-79.

[2]姚陳果，陳昱，李成祥等.基于李薩如特性在線監測電力變壓器繞組變形的方法，CN104154854A[P].2014.

[3]李金輝.超高壓電力變壓器繞組短路電磁力的計算與分析[D].華北電力大學，2014.

[4]梁國林.大型發電機組微機型繼電保護原理及配置探微[J].大科技，2013（08）：56-57.