基于雙繞組連續(xù)式線圈的電力變壓器電磁方案的計(jì)算方法探微

黃銳　呂學(xué)賓　楊曉濱

摘 要：現(xiàn)階段，我國(guó)變壓器電磁方案由于其自身設(shè)計(jì)變量及組合的繁雜性以及多變性導(dǎo)致變壓器計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜且其工作量較大，因此本文對(duì)雙繞組連續(xù)式線圈電力變壓器電磁方案計(jì)算方法進(jìn)行分析，在電磁計(jì)算過(guò)程中直接應(yīng)用短路阻抗，確定鐵心直徑、繞組匝數(shù)以及線圈高度設(shè)計(jì)變量，后按固定方式繞組排線確定繞組線規(guī)，計(jì)算結(jié)果，提升計(jì)算效率。

關(guān)鍵詞：雙繞組；連續(xù)式線圈；電力變壓器；電磁計(jì)算

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

高效電磁計(jì)算方案可大大簡(jiǎn)化變壓器計(jì)算過(guò)程，有效提升計(jì)算效率，得到準(zhǔn)確快速的計(jì)算結(jié)果，在確定電磁方案計(jì)算方式時(shí)，首先需針對(duì)現(xiàn)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(guī)等數(shù)據(jù)，后對(duì)變壓器繞組及鐵心尺寸及負(fù)載損耗等予以確定，若此上數(shù)據(jù)均可達(dá)到國(guó)家相關(guān)規(guī)定指標(biāo)，即表明該電磁方案可行。

1 變壓器計(jì)算各指標(biāo)確定

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

本文主要以35kv雙繞組無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器為例對(duì)電磁方案可行性予以驗(yàn)證說(shuō)明。首先確定該變壓器的基礎(chǔ)參數(shù)，其中額定電壓為U，額定電流I，鐵軛截面與鐵心柱及連續(xù)式線圈結(jié)構(gòu)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(shù)以KFe表示，鐵心損耗計(jì)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(jì)算式為：GFe=pFe（3Hw+4Mo）At+G△。

繞組導(dǎo)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(shù)W，導(dǎo)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(chǎn)品應(yīng)用時(shí)，KT與設(shè)計(jì)方案呈反比，而根據(jù)△可知，若KT一定，則△基本可確定。

變壓器負(fù)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(guān)，則負(fù)載損耗為：

同時(shí)根據(jù)研究可知，變壓器銅材成本與線圈高度、繞組匝數(shù)以及鐵心直徑等具有非常重要的相關(guān)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(shù)之間的聯(lián)系非常緊密，若以主材成本作為目標(biāo)函數(shù)則繞組匝數(shù)、鐵心直徑、線圈高度以及繞組幅向尺寸均可對(duì)電磁方案的可行性予以影響，決定其優(yōu)劣性[3]。

2 變壓器短路抗阻計(jì)算

以35kv雙繞組無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器為例，各數(shù)據(jù)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(nèi)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(jù)以上數(shù)據(jù)計(jì)算變壓器短路電抗標(biāo)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(shí)際變壓器中a1a2接近，則

其中，Sx及S12分別為低壓線圈內(nèi)側(cè)至高壓線圈外側(cè)圓環(huán)橫斷面積，以及主空道圓環(huán)橫斷面積，則根據(jù)以上公式可計(jì)算線圈幅向尺寸a1=a2=（R1-R-a0-a12）/2，后可針對(duì)具體相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)系數(shù)予以修改。

根據(jù)計(jì)算可知若以主材成本為目標(biāo)函數(shù)，則變壓器電磁方案的可行性及優(yōu)劣性均以鐵心直徑、繞組匝數(shù)以及線圈高度所決定，故而在具體方案應(yīng)用前，需要對(duì)以上三因素進(jìn)行確定[4]，后依據(jù)此類(lèi)因素計(jì)算繞組及鐵心尺寸，后在繞組尺寸內(nèi)以排線規(guī)則實(shí)現(xiàn)繞組排線后確定線規(guī)，以此簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。

3 結(jié)束語(yǔ)

以上主要對(duì)雙繞組線圈電力電壓器結(jié)構(gòu)予以分析，針對(duì)現(xiàn)有的變壓器電磁計(jì)算方案予以新方案研究，變壓器短路阻抗性指標(biāo)直接應(yīng)用于計(jì)算，以線圈高度為新型設(shè)計(jì)變量，按照一定的相關(guān)原則計(jì)算并確定影響因素，得到計(jì)算結(jié)果，提升電磁計(jì)算效率，使其計(jì)算方法得到有效優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解。

參考文獻(xiàn)：

[1]周惠良，梁芬，姜宏偉.雙繞組連續(xù)式線圈電力變壓器電磁方案計(jì)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(jiān)測(cè)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(jì)算與分析[D].華北電力大學(xué)，2014.

[4]梁國(guó)林.大型發(fā)電機(jī)組微機(jī)型繼電保護(hù)原理及配置探微[J].大科技，2013（08）：56-57.