高阻抗變壓器串聯(lián)電抗器的接線(xiàn)方式探討

李明+曹永紅

摘要：伴隨我國(guó)電力的持續(xù)發(fā)展，變壓器的負(fù)擔(dān)越來(lái)越大，并由此產(chǎn)生了很多短路電流。為避讓短路電流對(duì)變壓器以及其他電力企業(yè)與用戶(hù)造成的危害與風(fēng)險(xiǎn)，越來(lái)越多的電力企業(yè)開(kāi)始應(yīng)用高阻抗變壓器。對(duì)于變壓器生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)更多更可靠的高阻抗變壓器成為亟待研究的課題。

關(guān)鍵詞：高阻抗變壓器；串聯(lián)電抗器；接線(xiàn)方式

在當(dāng)今應(yīng)用比較廣泛的高阻抗變壓器中，實(shí)現(xiàn)高阻抗的方式主要分為三類(lèi)，即拆分、高壓繞組和串聯(lián)電抗器。前兩類(lèi)方法主要是通過(guò)改變繞組的排列來(lái)實(shí)現(xiàn)高阻抗的目的，這兩項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。至于串聯(lián)電抗器，目前采用的比較多的是空心電抗器。這是由于鐵心電抗器工作時(shí)震動(dòng)與噪音比較嚴(yán)重，短路還會(huì)導(dǎo)致電抗值不穩(wěn)定。

一、電抗器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在實(shí)際安裝中，電抗器通常安放在變壓器的C相側(cè)。面對(duì)以三角形接線(xiàn)為為主的變壓器低壓繞組，為有效簡(jiǎn)化布線(xiàn)過(guò)程，電抗器一般通過(guò)串聯(lián)方式連接在低壓三角洼內(nèi)部。低壓繞組的下端與反應(yīng)器下部的頭連接；電抗器上部的上引線(xiàn)與低壓繞組上部的上部連接。反應(yīng)器安裝在這樣的位置，使得它們可以與主體集成或者單獨(dú)地放置在下節(jié)油箱上。當(dāng)變壓器本體和反應(yīng)器尺寸可以方便地進(jìn)入干燥爐時(shí)，可以考慮采用一體化結(jié)構(gòu)，使接線(xiàn)更加方便。當(dāng)干燥爐的尺寸不能同時(shí)放入變壓器本體和電抗器時(shí)，電抗器可固定于下節(jié)油箱處。具體使用什么結(jié)構(gòu)需要根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇。同時(shí)，電抗器夾緊架和繞組端的磁屏蔽等都必須保證接地和有效的加固，以避免局部放電等現(xiàn)象。當(dāng)變壓器低壓引線(xiàn)連接到電抗器時(shí)，它會(huì)使引線(xiàn)的長(zhǎng)度大幅增加。此時(shí)如果低壓引線(xiàn)和地線(xiàn)或其他低壓引線(xiàn)發(fā)生短路，電抗器不能起到限制短路電流的作用，因此在設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中要防止低壓引線(xiàn)可能的短路。

二、關(guān)于空心電抗器數(shù)值計(jì)算

高阻抗變壓器的應(yīng)用，主要是為滿(mǎn)足供電部門(mén)對(duì)于電抗值的需求。而在串聯(lián)電抗器的應(yīng)用中，空心電抗器無(wú)疑占有重要地位。為計(jì)算空心電抗器的電抗值，國(guó)內(nèi)外的專(zhuān)家總結(jié)了幾種方法，如平均電密法、查曲線(xiàn)表法、磁場(chǎng)能量法等。以磁場(chǎng)能量法為例，用該方法計(jì)算空心電抗器的電抗值可以采用多種不同的方案，根據(jù)實(shí)際工作中變壓器的具體參數(shù)靈活設(shè)計(jì)不同的電抗器。

方案一，設(shè)定空心電抗器的內(nèi)外半徑分別是：31.5和37.7厘米，線(xiàn)圈匝數(shù)180，電抗高度178厘米，額定電流1040安培，在滿(mǎn)足上述設(shè)定的前提下以軸對(duì)稱(chēng)場(chǎng)建模，通過(guò)計(jì)算可以得出磁場(chǎng)儲(chǔ)能為：3800焦耳。經(jīng)過(guò)最后計(jì)算可以得出該方案的電抗值為：2.24，阻抗電壓為12.10%。

方案二，設(shè)定空心電抗器的內(nèi)外半徑分別是：46.5和52.7厘米，線(xiàn)圈匝數(shù)90，電抗高度83厘米，額定電流1040安培，在滿(mǎn)足上述設(shè)定的前提下以軸對(duì)稱(chēng)場(chǎng)建模，計(jì)算磁場(chǎng)儲(chǔ)能為3850焦耳。經(jīng)過(guò)最后計(jì)算可得電抗值為：2.24，阻抗電壓為12.10%。在實(shí)際工作中，由于主變壓器的實(shí)際參數(shù)可能不同，所以電抗器的設(shè)計(jì)也可以靈活采用不同的方案，文中作者列出上述兩種方案只是為了進(jìn)行直觀(guān)的分析與比較。

三、單聯(lián)電抗器變壓器實(shí)驗(yàn)參數(shù)

在變壓器中應(yīng)用串聯(lián)電抗器，就不可避免的產(chǎn)生了一定的電抗值。這就使得之前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不再精確。在高壓入波進(jìn)入試驗(yàn)之后，由于中壓繞組的接地處理，可以有效排除低壓沖擊過(guò)電壓的風(fēng)險(xiǎn)，作者使用相關(guān)的分析軟件，對(duì)中壓入波、低壓首端入波，低壓尾端入波三種情況下進(jìn)行了精確的連接點(diǎn)計(jì)算，在變壓器的低壓繞組尾部串聯(lián)空心電抗器之后，進(jìn)行中壓入波時(shí)，低壓繞組末端與電抗器的連接處沖擊電位明顯升高，其數(shù)值高過(guò)低壓繞組的沖擊電壓水平很多，這種情況下如果不能對(duì)連接點(diǎn)進(jìn)行有效的加強(qiáng)，就很容易導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)出現(xiàn)故障甚至事故。另外，在進(jìn)行低壓首端入波的時(shí)候，這些地方的絕緣水平又會(huì)變高。在把第二套方案中設(shè)計(jì)的電抗器參數(shù)代入進(jìn)行計(jì)算之后，得出的結(jié)果又會(huì)相近，即此處的電位分布僅與串聯(lián)的電抗值有關(guān)。

四、改進(jìn)連接方式下的沖擊分布

改進(jìn)串聯(lián)電抗器的連接方式，就是為有效改善運(yùn)行中出現(xiàn)的絕緣超差等問(wèn)題。為了保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，開(kāi)發(fā)一種對(duì)接線(xiàn)方式進(jìn)行有效改進(jìn)的方法是十分必要的。具體來(lái)說(shuō)就是將電抗器串聯(lián)在低壓繞組的首端，具體連接示意圖如圖2所示。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)之后的沖擊電位分布依然根據(jù)之前的中壓入波、低壓首端入波和低壓尾端入波進(jìn)行低壓繞組與電抗器連接點(diǎn)的計(jì)算，在變壓器的低壓繞組首端串聯(lián)空心電抗器之后，在進(jìn)行中壓入波時(shí)，連接處的沖擊電位最大可以達(dá)到55%，而在低壓尾端入波的時(shí)候，則可以達(dá)到相同的絕緣水平，此時(shí)，連接處所承受的最大電位比尾部串聯(lián)減少了很多，大大提高了變壓器的穩(wěn)定性與安全性。

五、總結(jié)

綜上所述，安裝高阻抗變壓器能夠有效地增強(qiáng)變壓器對(duì)于短路的承受能力，而改變舊有的高阻抗變壓器串聯(lián)電抗器的接線(xiàn)方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)無(wú)疑十分重要。對(duì)于接線(xiàn)方式進(jìn)行改良，可以大大提高變壓器的絕緣水平，降低漏磁或局部過(guò)熱造成對(duì)于變壓器的危害，此外還可以提高電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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