主變壓器選型優(yōu)化

林彬

摘 要：分析比選了主變壓器低壓側(cè)限制短路電流的3種方案，即主變中壓側(cè)分列運(yùn)行方案、普通阻抗變壓器加限流電抗器方案和高阻抗變壓器方案，以期為相關(guān)單位的需要提供幫助。

關(guān)鍵詞：變壓器；短路電流；電網(wǎng)；阻抗

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.159

1 主變低壓側(cè)限制短路電流的方案比選

隨著電力系統(tǒng)中電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的逐年擴(kuò)大，短路電流逐漸增大。尤其是在新建的變電站中，短路電流過大常導(dǎo)致電氣設(shè)備選型困難，進(jìn)而增加了投資費(fèi)用。如果系統(tǒng)發(fā)生短路時(shí)的電流為I1，則系統(tǒng)側(cè)的阻抗Xd=U0/I1.變壓器高、中、低三側(cè)的阻抗分別用X1，X2，X3表示，則單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)的10 kV短路電流可用下式計(jì)算：

I3=U0/（Xd+X1+X3+XL）. （1）

2臺(tái)主變110 kV側(cè)并列運(yùn)行時(shí)10 kV短路電流可用下式計(jì)算：

I3=U0/{Xd+1/[1/X1+1/（X1+2×X2）]+X3+XL}. （2）

此外，中壓側(cè)分列運(yùn)行時(shí)與單臺(tái)主變壓器的運(yùn)行情況相同，3臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行的情況依此類推。

由以上分析可知，可通過以下方式降低短路電流值：①110 kV母線采用分列運(yùn)行的方式；②主變低壓側(cè)串接限流電抗器；③提升高壓側(cè)至中壓側(cè)的阻抗值。

在上述方式中，110 kV變電站由上一級(jí)220 kV站輻射狀供電，而110 kV母線采用分列運(yùn)行的方式會(huì)使110 kV線路形成單母線供電，與雙母線接線方式相比，其可靠性低很多。因此，220 kV變電站的110 kV母線多采用雙母線接線方式。如果220 kV變電站的最終規(guī)模為3臺(tái)180 MVA主變壓器，則會(huì)有2臺(tái)主變在同一段母線上運(yùn)行，而采用110 kV母線分列運(yùn)行的方式僅能解決短時(shí)間內(nèi)的短路電流問題，因此，不推薦采用該方式。

2 主變低壓側(cè)加裝限流電抗器

對于采用普通阻抗變壓器加限流電抗器限制短路電流的方案而言，需要設(shè)置3臺(tái)容量均為180 MVA的變壓器，系統(tǒng)側(cè)提供的220 kV短路電流約為32 kA，干式空心限流電抗器的額定電流為4 000 A，電抗率為10%.

根據(jù)上述條件計(jì)算得出，主變10 kV側(cè)分列運(yùn)行時(shí)，限流電抗器前的短路電流值為65.69 kA，限流電抗器后的母線短路電流值為20.64 kA，可限制短路電流值為45.05 kA，限流率為68.58%.此時(shí)，對于10 kV母線及其配套設(shè)備的短路電流達(dá)到25 kA即可。

3 加裝高阻抗變壓器和進(jìn)行分裂繞組

應(yīng)在限制10 kV母線短路電流的同時(shí)，解決變壓器近區(qū)短路故障影響變壓器低壓繞組的問題，而加裝高阻抗變壓器是一種很好的解決方案。此外，也可基于普通變壓器的常規(guī)結(jié)構(gòu)，通過調(diào)整鐵芯直徑和繞組參數(shù)或采取繞組拆分措施，增加繞組的漏抗，簡稱為分裂繞組方案。采用此方案可提高變壓器阻抗的電壓值，會(huì)有更多的漏磁通與一、二次繞組交鏈。而對于大容量的變壓器，漏磁通會(huì)加劇零部件和繞組的損耗，并導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，

3.1 運(yùn)行成本對比分析

加裝高阻抗變壓器的方案與分裂繞組方案的比較如表1所示。

由表1可知，加裝高阻抗變壓器的方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：①空載損耗較小，可降低約15%；②負(fù)載損耗較小，可降低約18%；③運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較高；④可控制阻抗偏差，從而滿足擴(kuò)建站并聯(lián)運(yùn)行的要求；⑤極限分接阻抗波動(dòng)較小，運(yùn)行平穩(wěn)；⑥結(jié)構(gòu)簡單、絕緣可靠性高。

在運(yùn)行成本方面，變壓器的年電量損失可通過以下公式計(jì)算：

Q=（P0+PKβ2）t. （1）

式（1）中：P0為變壓器空載損耗，kW；PK為變壓器負(fù)載損耗，kW；β為變壓器的負(fù)載率，按70%計(jì)算；t為變壓器年工作小時(shí)數(shù)，按8 760 h計(jì)算。

根據(jù)式（1），采用分裂繞組方案變壓器的年電量損失Q1=3 624 888 kW·h，采用加裝高阻抗變壓器方案的變壓器年電量損失Q2=3 021 324 kW·h，差值ΔQ=603 564 kW·h。按照江西地區(qū)工業(yè)用電電價(jià)0.65元/kW·h計(jì)算，采用加裝高阻抗變壓器方案每年節(jié)省的資金M≈39.2萬元。按照變壓器壽命為30年計(jì)算，在整個(gè)壽命期內(nèi)，每年折現(xiàn)率按照8%計(jì)算，每年可節(jié)省資金441.3萬元。

通過上述比較得知，內(nèi)置電抗器的方案在運(yùn)行和制作成本方面均優(yōu)于分裂繞組方案。

3.2 變壓器噪聲對比分析

鐵芯的磁致伸縮是變壓器噪聲的主要來源，而加裝高阻抗變壓器方案中電抗器的容量一般為4 MVar左右，只占主變?nèi)萘浚?80 MVA）的2.22%，可通過增強(qiáng)機(jī)械夾緊力來解決電抗器的噪聲問題。

3.3 變壓器電壓調(diào)整率對比分析

電壓調(diào)整率是指一個(gè)繞組的空載電壓及同一繞組在規(guī)定負(fù)載、功率因數(shù)之下的電壓之差與該繞組空載電壓的比值，通常以百分?jǐn)?shù)表示。

4 結(jié)束語

本文比選了主變壓器低壓側(cè)限制短路電流的3種方案，推薦加裝高阻抗變壓器的方案為本工程主變壓器低壓側(cè)限流短路電流的主選方案。

〔編輯：張思楠〕