浅析220kV高阻抗变压器的设计

摘 要：文章着重介绍了三相绕组变压器的设计方案，针对220kV的高抗电阻器绕组设计进行了不同方案的对比分析，并对文章中介绍的方案中的高阻抗变压器同常规的标准阻抗变压器进行了参数对比，从材料、成本等方面进行了比较。

关键词：高阻抗变压器；结构；设计

中图分类号：TM42 文献标识码：A

1 标准阻抗变压器阻抗匹配

从实际的应用中可以分析出，阻抗的匹配中，中低阻抗虽然阻抗小，但是额定电流却很大，低阻抗变压器的额定电流可以达到数千安。短路力同短路电路呈现出正比例关系，因此低压绕组会受到很大的短路力。变压器在电路中作为降压结构存在，其低压端直接连接低压用户。这就使得低压端会极易在短路故障阿生后受到冲击，所以，变压器对于短路故障的抗性直接受到低压绕组的短路故障抗性高低影响。从另一方面说，电网运行状态的稳定与否、可靠晕否其关键因素便在于低压绕组抗短路的性能高低。但是从实际的运转用中发现，因为线路出现的短路故障后，变压器会因为低压绕组的损坏而退出运行，这种状况发生几率很高，所以抗短路能力的提高成为了目前低压绕组研究的焦点。虽然在某些问题上已经取得了一定的进展，但是实际的要求随着应用的需求在不断的提高，当前的研究状态仍旧无法同实际需要相适应。

2 解决方案

短路阻抗同电流之间会呈现出反比例关系，不过短路力却会和短路电流数值的平方呈现出正比例关系。所以可以看出，短路电流减低则短路力会随之现将，而短路阻抗的提高则会对短路电流予以降低，那么短路抗阻的增加会间接性的降低短路力，效果显著。因此越来越多的电力系统中的变压器开始选择了高阻抗变压器。这是由于正太变压器的短路抗性高低是由其低压绕组界定的，正式由于这一因素使得阻抗的提高成为问题的解决的核心。

2.1 方案一

在标准阻抗的变压器中，变压器在抗短路上的薄弱环节便是低压绕组，因此可以对变压器中的阻抗值进行改变，根据实际情况进行最大幅度的提升。下面便对其具体的提高方式进行探讨。

阻抗的提高可以通过以下方式进行：首先可以将主漏磁通道在绕组间进行增大，其次可以将辐向尺寸在绕组进行提高；再者可以对绕组电抗高度予以降低；最后则是通过绕组直径的增加的方式对阻抗予以提高。以上方式都能够有效提高变压器绕组的阻抗，但是最直接最有效的方式便是增加主漏磁通道。但是电抗高度和铁心如果确定下来，那么若是将主漏磁通道以为的增大，对于中低绕组来说会带来相当大的缺陷：首先若是绕组间以为的增大主漏磁通道，其阻抗也不会增加很多，最多可以增大0.1%，这样的增量是无法满足阻抗提高的要求的；其次，若是主漏磁通道的增加量过大，那么就需要绝缘材料对其进行填充，绝缘材料的性质决定了其具有一定的干燥收缩性能，因此中低绕组之间便会有间隙产生，这种现象导致的结果会使得绕组辐向支撑消失，那么变压器就无法实现对其抗短路能有效提升的目的。而上述问题可以通过分裂绕组的方式予以解决，并且目前国内很多厂家都是采用该种方案进行处理的，部分制造商将绕组中部分匝数剥离，绕至高压绕组的外侧，并并在中低绕组间设置高压调压绕组，而另一部分制造商则是通过对高压绕组进行分裂的方式有效改善上述问题产生的不理影响，采用分离高压绕组并将一部分设置在中低绕组间。

上述两种方式在实际的应用中可行性都较高，而第一种方式中存在一个不利点，调压绕组设置在中低压绕组处会受到磁场的影响，所以受到的短路力回交大，并且这种绕组辐向支撑较差，因此短路力的承受能力也较差。由于存在较高的磁场，因此绕组中会产生较大的涡流损耗，因此局部发热量较高。

此外，在高压绕组以及中压绕组中调压引线需要从其上下端引出，因此绝缘布置会遇到诸多的问题，无论设计还是制造都十分复杂。而第二种方式，由于在中低压绕组中仅仅设置了高压绕组的一部分，这就需要复杂的绝缘布置对其进行保障。并且由于中压绕组以及高压绕组之间存在较大的电气强度，所以该种方式也具有局限性。上述方式由于都属于分裂绕组法，这就使得无法用升温实验对绕组的内外部升温情况进行分别的测量，一旦某一部分的温度偏高，就会对设备的整体性能造成影响。若是二者比较，第二种方法要略优于第一种方法。

2.2 方案二

据了解， 目前国内的电力系统多将限流电抗器申联于网络中用以限制系统的故障电流。这样虽然可有效地限制系统中的故障电流， 但却不能限制发生在变压器近口处的故障电流。而这种故障电流往往会直接冲击变压器的内部绕组， 其后果也常常很严重。因为变压器近口短路故障是变压器可能遭受到的最严重的故障之一， 有时该故障会超出变压器的设计承受能力。这也是为什么许多变压器可以承受许多次系统短路电流的冲击而承受不住一次近口短路电流冲击的原因之一。由于限流电抗器需承受一定的短时短路电流， 所以限流电抗器应具备足够的动稳定和热稳定能力以承受该短路电流产生的机械力和热冲击。电感原件， 因此冲击波的传递和分布应充分地考虑电抗器绕组电感带来的影响。必要时应采取适当的措施来保证有足够的绝缘强度。

该方案同标准阻抗的变压器一样，其绕组之间不需要特别放大主漏磁通道。并且这种方案在接线方式上也近似于标准阻抗变压器，只不过低压绕组同限流电抗器之间采用了串联的方式。

结语

首先内置电抗器在设计上较为简单，并且电抗器以及变压器原设计原则以及计算公式仍旧能够在新型电抗器以及变压器中适用，且计算出的结果接近于实际的数值，能够达到标准要求。其次由于结构简单因此较为容易制造，且产品质量可靠性高，且能够保证其性能能够达到国际标准。相对比于标准阻抗的变压器，高阻抗变压器在体积上更小，成本上更低，并且运行稳定性高，能够使得电力系统更加可靠，简单的设备结构使得维护工作难度大大降低。

参考文献

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