軸向雙分裂變壓器阻抗仿真

軸向雙分裂變壓器阻抗仿真

軸向雙分裂是一種常見的干式變壓器結構，是一種松耦合結構，如牽引整流變壓器、光伏電站升壓變壓器、能量回饋變壓器等，其全穿越、半穿越的阻抗設計一般采用傳統的計算方法，但經常出現設計值與實測值偏差較大，特別是半穿越阻抗經常算不準，另外在半穿越運行時，上下并聯的高壓線圈中的電流分配往往只能通過試驗才能測得，此電流分配的比例也可稱為解耦率。本文創新的采用INFOLYTICA公司的MagNet軟件，建立變壓器鐵芯和線圈三維模型，計算軸向雙分裂變壓器的全穿越、半穿越阻抗、并可以計算出半穿越運行時變壓器的解耦率，為此類變壓器的設計帶來了極大的便利。

軸向分裂變壓器結構及術語含義

本文所述的仿真采用1個軸向雙分裂變壓器作為實例，介紹全阻抗、半穿越阻抗的仿真計算，變壓器的結構如圖1所示。

圖1中繞組1和繞組4為上下排列的獨立的低壓繞組，繞組2和繞組3為上下排列的高壓繞組，高壓采用并聯連接。

全穿越阻抗：繞組1和繞組4均短路，繞組2和繞組3并聯運行，且通過額定電流時變壓器的阻抗；

半穿越阻抗：繞組1通過額定電流，繞組4開路，繞組2和3并聯運行，且短接時的阻抗；

解耦率：當低壓僅繞組1運行時，繞組2和繞組3中均有電流，繞組2中分配電流的比例也可以稱為此松耦合變壓器的解耦率。

阻抗仿真的原理及步驟很多文章都提到，此處不再贅述。

圖1　

圖2　

圖3　

圖4　

變壓器參數及阻抗仿真

變壓器的參數及模型

此軸向雙分裂變壓器為高阻抗變壓器，客戶對于半穿越阻抗有嚴格的要求，具體參數要求如下：

容量：1200k VA

一次/二次電壓：35/0.475/0.475kV

連接組別：Dy11y11

半穿越阻抗：>21%

解耦率要求：>90%

變壓器的仿真模型

MagNet軟件支持2D/3D模型文件的導入/導出操作，類型包括Auto CAD，IGES，SAT，Inventor，Pro/E等文件格式，也可以直接在軟件中繪制線圈的實體模型。本文采用Inventor三維制圖軟件建立線圈實體模型，然后將模型導入MagNet軟件中，單相線圈的三維模型見圖2。

仿真電路圖

全穿越仿真電路如圖3。

半穿越仿真電路如圖4。

在以上電路圖中可以對線圈設置匝數、導線截面和電流激勵等，選擇線性材料類型，連續迭代方法（僅適用于3D）進行計算，牛頓公差設置成1%，CG公差設置0.01%，然后選擇3D時諧場求解器求解。

仿真計算的結果對比

仿真得出阻抗結果如表1。

10.3969/j.issn.1001- 8972.2016.15.016