【摘要】介紹長圓鐵心箱式變壓器一種依據(jù)等周長原理計(jì)算短路阻抗的方法

【關(guān)鍵詞】長圓鐵心 短路阻抗

引言

我國風(fēng)力發(fā)電已進(jìn)入大發(fā)展時(shí)期，風(fēng)電用35kV箱變的市場需求急劇增大。風(fēng)力發(fā)電一般具有明顯的季節(jié)性，空載時(shí)間較長，負(fù)荷率較低?？紤]節(jié)能降耗，風(fēng)電用變壓器的空載損耗要求較低。如果只是簡單采取降低變壓器鐵心磁通密度的措施來降低空載損耗，達(dá)到空載損耗低的要求，勢(shì)必會(huì)增加變壓器的制造成本，降低變壓器的經(jīng)濟(jì)性能。我公司35kV箱變采用多級(jí)階梯長圓型鐵心截面結(jié)構(gòu)，減少了鐵心用硅鋼片的重量，在不降低鐵心磁通密度的情況下，有效的降低了變壓器的空載損耗。

但是采用長圓鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器，其繞組也隨鐵心柱的形狀繞成長圓型繞組形式，不同于傳統(tǒng)的圓式繞組形式，因此短路阻抗不能再沿用傳統(tǒng)的計(jì)算方法。本文對(duì)長圓型鐵心變壓器短路阻抗的計(jì)算方法做了簡單的分析及公式推導(dǎo)。

1.短路阻抗的計(jì)算

變壓器的短路阻抗Uk是由電阻分量Ukr和電抗分量Ukx兩部分決定的，具有如下關(guān)系：

在這兩個(gè)分量中，電阻分量Ukr是由變壓器繞組電阻決定的，僅與變壓器的負(fù)載損耗Pk和額定容量SN有關(guān)，計(jì)算公式如下：

變壓器的容量及負(fù)載損耗確定后，電阻分量的大小就已基本確定。電抗分量Ukx是由漏磁通所決定的變壓器的漏電抗，在公式（1）中起著決定性的作用，其主要決定因素在于變壓器繞組的空間結(jié)構(gòu)形式，計(jì)算比較復(fù)雜。變壓器的電抗分量計(jì)算公式如下：

其中只有等效漏磁面積∑D由繞組形狀和布置相互位置決定，公式（3）中其它參數(shù)與此無關(guān)。

變壓器的性能參數(shù)及基本設(shè)計(jì)方案確定后，公式（3）中的

其它參數(shù)不再改變，因此當(dāng)變壓器繞組結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的繞組結(jié) 圖1箱式變壓器器身結(jié)構(gòu)示意圖

構(gòu)不同時(shí)，只需要重新計(jì)算等值漏磁面積∑D，其它參數(shù)的確定及計(jì)算與傳統(tǒng)方法相同。

如圖1所示箱式變壓器與傳統(tǒng)變壓器的圓型截面不同，鐵心采用多級(jí)階梯長圓型截面，高、低壓繞組均為長圓型繞組，繞組排列方式為（由鐵心向外）： 鐵心→低壓繞組→高壓繞組。

b： 鐵心主級(jí)片寬，即長圓鐵心兩端部半圓直徑，cm

t： 鐵心主級(jí)片厚，即長圓鐵心的直線部分，cm

a： 低壓繞組到鐵心的距離，cm

a1： 低壓繞組輻向尺寸，cm

a12：高、低壓繞組主空道的輻向尺寸，cm

a2： 高壓繞組輻向尺寸，cm

傳統(tǒng)的圓型繞組結(jié)構(gòu)如圖2所示，∑D的計(jì)算與繞組及主空道的半徑有關(guān)，計(jì)算公式如下：

長圓型繞組電抗分量的計(jì)算關(guān)鍵在于等值漏磁面積∑D的計(jì)算，可采用將長圓型截面折合為等效圓截面的方法計(jì)算其漏磁面積，等效圓依據(jù)等周長的原則折合圓的半徑，將圖1中長圓鐵心和長圓繞組折合成如圖2所示的等效圓結(jié)構(gòu)：

a： 低壓繞組到鐵心的距離，cm

a1： 低壓繞組輻向尺寸，cm

a12： 高、低壓繞組主空道的輻向尺寸，cm

a2： 高壓繞組輻向尺寸，cm

r： 鐵心等效圓半徑，cm

r1： 低壓繞組等效圓平均半徑，cm

r12： 高、低壓繞組等效主空道平均半徑，cm

r2： 高壓繞組等效圓平均半徑，cm

依據(jù)等效周長的原則，即長圓與等效圓的周長相等，長圓型等效為圓型之后的鐵心半徑計(jì)算如下：

將以上等效為圓型后所得數(shù)據(jù)代入等效漏磁面積∑D計(jì)算公式（4），計(jì)算出∑D的值，將∑D代入電抗分量計(jì)算公式（3），即可得出長圓型繞組的電抗值Ukx。

箱變產(chǎn)品一般容量較小，高低壓繞組為層式繞制結(jié)構(gòu)，繞組層間加縱向油隙，計(jì)算等效漏磁面積∑D時(shí)按傳統(tǒng)層式計(jì)算方法計(jì)算即可，這里不再贅述。

電抗分量計(jì)算時(shí)還有一點(diǎn)需要注意的是電抗修正系數(shù)Kf的取值。據(jù)分析，影響Kf取值的因素主要有兩個(gè)方面：一方面是端部橫向漏磁的影響，長圓型繞組端部橫向漏磁比圓型繞組減??；另一方面與各生產(chǎn)廠家的繞制工藝相關(guān)，長圓型繞組繞制尺寸一般比設(shè)計(jì)值偏大，綜合上述兩方面的因素，長圓型繞組Kf取值應(yīng)略低于傳統(tǒng)圓式繞組。

2.設(shè)計(jì)實(shí)例試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證

某ZGS11-Z-1600/35箱變產(chǎn)品，變壓器技術(shù)參數(shù)要求如下：

此產(chǎn)品短路阻抗設(shè)計(jì)值為6.48%，以下列舉其中隨機(jī)抽取的5臺(tái)產(chǎn)品試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)短路阻抗設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，列表如下：

從表1中可以看出，短路阻抗設(shè)計(jì)值與試驗(yàn)值非常接近，此批產(chǎn)品中出現(xiàn)的最高偏差就是產(chǎn)品編號(hào)2的變壓器，偏差1.5%，這足以證明以上短路阻抗計(jì)算方法準(zhǔn)確可靠。

3.結(jié)束語

目前我公司已經(jīng)生產(chǎn)多批風(fēng)電用35kV箱變產(chǎn)品，短路阻抗等重要參數(shù)均一次試驗(yàn)合格，為國內(nèi)多個(gè)風(fēng)電場提供了高質(zhì)量的箱式變壓器。我們推導(dǎo)出的短路阻抗計(jì)算方法，原理明確、公式簡單、準(zhǔn)確度高，是保證短路阻抗值精確的一個(gè)重要手段。在我們開發(fā)生產(chǎn)箱變產(chǎn)品的過程中起著極其重要 的作用。

參考文獻(xiàn)：

（1）謝毓城. 電力變壓器手冊(cè)[M] 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003

作者簡介：趙徐（1978-），女，河北辛集人，保定天威集團(tuán)特變電氣有限公司工程師，主要從事220kV級(jí)以下變壓器設(shè)計(jì)工作。