一種雙器身變壓器設計方法的研究

林陽 王立文

摘 要：本文主要針對有載調壓變壓器每級調壓匝數僅為一匝或更少的情況下，如果采用單器身結構，變壓器形狀會變得畸形，為保證變壓器外形設計合理，采用雙器身設計方法解決該問題。通過實例介紹雙器身變壓器的設計方法。

關鍵詞：雙器身；變壓器；計算方法

1 研究背景

在中壓帶調壓的有載調壓變壓器設計過程中，由于調壓匝數較少，有時僅為一匝或不足一匝時，單器身變壓器已經不能滿足變比要求，通過雙器身的設計方法，可以使調壓匝數增多，以此滿足有載調壓變比要求。本文主要針對美國一臺三相自耦變壓器，對雙器身變壓器設計方法解決調壓匝數少的問題進行研究，為以后類似產品的設計提供參考和設計思路。

2 變壓器設計方案

2.1 變壓器主要參數

額定容量：448000/448000/80000 kVA

電壓組合：（345±5%）/（118±16×0.625%）/13.8 kV

額定頻率：60Hz

短路阻抗：H-L 11.2%（448MVA）

2.2 設計思路

如圖1所示，為實現中壓調壓線圈匝數增加，使主器身上套有第三線圈（TV）、高壓調壓線圈（DETC）、高壓線圈（HV）、中壓線圈（LV）、中壓調壓線圈（LTC），小器身上有激磁線圈（LCTV）和中壓補償線圈（LC）。中壓調壓線圈連接正反調有載開關，它與中壓線圈沒有電的聯系，只有磁的聯系。小器身上的激磁線圈與中壓調壓線圈并聯。通過改變中壓調壓線圈匝數使與之并聯的激磁線圈電壓改變，從而使小器身中壓補償線圈電壓改變，從而改變變壓器的中壓電壓。由于激磁線圈與中壓補償線圈可以設置變比條件，所以中壓調壓線圈電壓可以高于中壓分接電壓，即開關每級匝數可以增多，實現變壓器正常調壓。

2.3 計算方法

（1）雙器身容量的確定。根據變壓器參數，主器身容量448000kVA；小器身的容量為中壓調壓線圈的最大容量44800 kVA。

（2）線圈匝數計算。通過計算確定主器身鐵心直徑D=φ1000mm，主柱截面積S=7181cm2，鐵心磁密B=1.717T；低壓匝數=E/（4.44×f×B×S× 10-4）=42匝；主器身線圈匝電勢e=13800/42=328.57V；公共繞組匝數=118000/√3/328.57=207匝；高壓線性調壓，調壓匝數=345000×2×5%/√3/328.57=60匝；高壓最小分接匝數=345000×（1～5%）/√3/328.57=576匝，串聯線圈匝數=576-207=369匝。

中壓調壓線圈（LTC）匝數計算比較特殊，它與主器身其他線圈不存在電氣聯結，只存在磁的聯系，即中壓調壓線圈（LTC）匝電勢與主器身其他線圈相同。通過設置中壓調壓線圈（LTC）匝數，可以計算出中壓調壓線圈電壓。值得注意的是，電壓的選取會影響中壓調壓線圈的電流以及開關電流的選取。因此設置中壓調壓線圈匝數104匝，中壓調壓線圈相電壓=328.57×104=34200V。

由小器身容量確定小器身鐵心直徑D=φ560mm，主柱截面積S= 2262cm2，鐵心磁密B=1.711T；中壓補償線圈最大相電壓E=118000×16×0.625%/√3=6813V

中壓補償線圈匝數= E/（4.44×f×B×S× 10-4）=66匝；小器身線圈匝電勢e=6813/66=103.23V；激磁線圈與中壓調壓線圈并聯，激磁線圈相電壓等于中壓調壓線圈相電壓為34.2 kV，激磁線圈匝數=34200/103.23=331匝。

（3）線圈電流分配。線圈容量、線圈電壓已經確定，所以電流可以計算。但應該注意：第一，在計算此類型雙器身結構變壓器時，中壓調壓線圈（LTC）的電流為自行確定；第二，中壓補償線圈（LC）的電流始終等于中壓電流，在額定分接時，雖然中壓補償線圈沒有電壓，但它流過中壓額定電流。

3 雙器身變壓器設計時應注意的問題

（1）雙器身設計時應注意中壓調壓線圈（LTC）電壓的選取，應該滿足方便選擇開關的要求。

（2）計算雙器身變壓器時注意套在同一鐵心柱上的所有線圈匝電勢應相同。

（3）設計兩個器身時應注意小器身的高度不要高于主器身。

（4）計算額定分接損耗時應注意：雖然中壓有載調壓線圈不參與運行，但小器身中壓補償線圈中有電流流過，即小器身上的兩個線圈有電流無電勢，存在電阻損耗。

（5）計算額定分接阻抗時應注意：應該計算主器身與小器身的阻抗之和。

（6）雙器身結構還可以改變調壓線圈的電壓以及電流。

4 雙器身結構的特點

（1）雙器身結構可以增加有載調壓開關每級匝數，滿足變壓器結構設計和調壓要求。

（2）雙器身結構可以改變有載調壓線圈匝數、電流和電壓。當調壓線圈匝數、電流或電壓不滿足開關選取要求時，可以使用雙器身結構解決問題。

（3）雙器身結構比單器身結構材料用量增加、結構復雜，所以只有在單器身不能滿足要求或有載分接開關選擇有問題時我們才采用雙器身結構。

5 結束語

本文通過實例介紹了雙器身變壓器的原理、計算方法、結構特點以及雙器身變壓器設計時應注意的問題，為變壓器設計提供一個新的解決方案。

參考文獻

[1]劉傳彝.電力變壓器設計方法與實踐[M].沈陽：遼寧科學技術出版社，2002.

[2]崔立君.特種變壓器理論與設計[M].北京：科學技術文獻出版社，1996.