一種雙器身變壓器設(shè)計(jì)方法的研究

林陽 王立文

摘 要：本文主要針對有載調(diào)壓變壓器每級調(diào)壓匝數(shù)僅為一匝或更少的情況下，如果采用單器身結(jié)構(gòu)，變壓器形狀會變得畸形，為保證變壓器外形設(shè)計(jì)合理，采用雙器身設(shè)計(jì)方法解決該問題。通過實(shí)例介紹雙器身變壓器的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：雙器身；變壓器；計(jì)算方法

1 研究背景

在中壓帶調(diào)壓的有載調(diào)壓變壓器設(shè)計(jì)過程中，由于調(diào)壓匝數(shù)較少，有時(shí)僅為一匝或不足一匝時(shí)，單器身變壓器已經(jīng)不能滿足變比要求，通過雙器身的設(shè)計(jì)方法，可以使調(diào)壓匝數(shù)增多，以此滿足有載調(diào)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(shè)計(jì)方法解決調(diào)壓匝數(shù)少的問題進(jìn)行研究，為以后類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供參考和設(shè)計(jì)思路。

2 變壓器設(shè)計(jì)方案

2.1 變壓器主要參數(shù)

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(shè)計(jì)思路

如圖1所示，為實(shí)現(xiàn)中壓調(diào)壓線圈匝數(shù)增加，使主器身上套有第三線圈（TV）、高壓調(diào)壓線圈（DETC）、高壓線圈（HV）、中壓線圈（LV）、中壓調(diào)壓線圈（LTC），小器身上有激磁線圈（LCTV）和中壓補(bǔ)償線圈（LC）。中壓調(diào)壓線圈連接正反調(diào)有載開關(guān)，它與中壓線圈沒有電的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系。小器身上的激磁線圈與中壓調(diào)壓線圈并聯(lián)。通過改變中壓調(diào)壓線圈匝數(shù)使與之并聯(lián)的激磁線圈電壓改變，從而使小器身中壓補(bǔ)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(bǔ)償線圈可以設(shè)置變比條件，所以中壓調(diào)壓線圈電壓可以高于中壓分接電壓，即開關(guān)每級匝數(shù)可以增多，實(shí)現(xiàn)變壓器正常調(diào)壓。

2.3 計(jì)算方法

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

（2）線圈匝數(shù)計(jì)算。通過計(jì)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(shù)=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(shù)=118000/√3/328.57=207匝；高壓線性調(diào)壓，調(diào)壓匝數(shù)=345000×2×5%/√3/328.57=60匝；高壓最小分接匝數(shù)=345000×（1～5%）/√3/328.57=576匝，串聯(lián)線圈匝數(shù)=576-207=369匝。

中壓調(diào)壓線圈（LTC）匝數(shù)計(jì)算比較特殊，它與主器身其他線圈不存在電氣聯(lián)結(jié)，只存在磁的聯(lián)系，即中壓調(diào)壓線圈（LTC）匝電勢與主器身其他線圈相同。通過設(shè)置中壓調(diào)壓線圈（LTC）匝數(shù)，可以計(jì)算出中壓調(diào)壓線圈電壓。值得注意的是，電壓的選取會影響中壓調(diào)壓線圈的電流以及開關(guān)電流的選取。因此設(shè)置中壓調(diào)壓線圈匝數(shù)104匝，中壓調(diào)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(bǔ)償線圈最大相電壓E=118000×16×0.625%/√3=6813V

中壓補(bǔ)償線圈匝數(shù)= 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(diào)壓線圈并聯(lián)，激磁線圈相電壓等于中壓調(diào)壓線圈相電壓為34.2 kV，激磁線圈匝數(shù)=34200/103.23=331匝。

（3）線圈電流分配。線圈容量、線圈電壓已經(jīng)確定，所以電流可以計(jì)算。但應(yīng)該注意：第一，在計(jì)算此類型雙器身結(jié)構(gòu)變壓器時(shí)，中壓調(diào)壓線圈（LTC）的電流為自行確定；第二，中壓補(bǔ)償線圈（LC）的電流始終等于中壓電流，在額定分接時(shí)，雖然中壓補(bǔ)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

（1）雙器身設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意中壓調(diào)壓線圈（LTC）電壓的選取，應(yīng)該滿足方便選擇開關(guān)的要求。

（2）計(jì)算雙器身變壓器時(shí)注意套在同一鐵心柱上的所有線圈匝電勢應(yīng)相同。

（3）設(shè)計(jì)兩個(gè)器身時(shí)應(yīng)注意小器身的高度不要高于主器身。

（4）計(jì)算額定分接損耗時(shí)應(yīng)注意：雖然中壓有載調(diào)壓線圈不參與運(yùn)行，但小器身中壓補(bǔ)償線圈中有電流流過，即小器身上的兩個(gè)線圈有電流無電勢，存在電阻損耗。

（5）計(jì)算額定分接阻抗時(shí)應(yīng)注意：應(yīng)該計(jì)算主器身與小器身的阻抗之和。

（6）雙器身結(jié)構(gòu)還可以改變調(diào)壓線圈的電壓以及電流。

4 雙器身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

（1）雙器身結(jié)構(gòu)可以增加有載調(diào)壓開關(guān)每級匝數(shù)，滿足變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)壓要求。

（2）雙器身結(jié)構(gòu)可以改變有載調(diào)壓線圈匝數(shù)、電流和電壓。當(dāng)調(diào)壓線圈匝數(shù)、電流或電壓不滿足開關(guān)選取要求時(shí)，可以使用雙器身結(jié)構(gòu)解決問題。

（3）雙器身結(jié)構(gòu)比單器身結(jié)構(gòu)材料用量增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以只有在單器身不能滿足要求或有載分接開關(guān)選擇有問題時(shí)我們才采用雙器身結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)束語

本文通過實(shí)例介紹了雙器身變壓器的原理、計(jì)算方法、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及雙器身變壓器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題，為變壓器設(shè)計(jì)提供一個(gè)新的解決方案。

參考文獻(xiàn)

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