許建軍 艾麗君 李金武 許釬 王亞欽 呂孝隆

[摘要]：本文針對(duì)提高非晶合金變壓器線圈的抗短路能力設(shè)計(jì)，重點(diǎn)對(duì)線圈的漏磁平衡及安匝分布做詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)節(jié)高低壓線圈的輻向漏磁，有效降低短路后線圈安匝不平衡產(chǎn)生的軸向力。并通過(guò)計(jì)算軟件算出漏磁及力的大小，得出合理的線圈結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵字：非晶合金，抗短路能力，漏磁平衡，安匝

1.前言：

非晶合金配電變壓器具有損耗低、空載電流小、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)備受?chē)?guó)網(wǎng)，南網(wǎng)及廣大用戶青睞。但鐵心對(duì)機(jī)械應(yīng)力非常敏感，線圈為矩形結(jié)構(gòu)，線圈與非晶鐵心間不能過(guò)力撐緊，使其抗突發(fā)短路能力較差。國(guó)家電網(wǎng)公司公布的配電變壓器抽檢質(zhì)量問(wèn)題匯總中，通報(bào)處罰率最高的是非晶合金產(chǎn)品未通過(guò)抗短路。在這方面已有大量技術(shù)專(zhuān)業(yè)人員做了研究，有的提出繞制時(shí)層層刷環(huán)氧固化膠，提高線圈整體剛度。有的提出在鐵心與線圈之間增加高強(qiáng)度的環(huán)氧玻璃桶作為線圈骨架。有的提出將高低壓線圈用聚酯帶整體打綁，但繞制工效和成本會(huì)增加。本文中筆者重點(diǎn)對(duì)線圈的漏磁平衡及安匝分布做詳細(xì)設(shè)計(jì)。通過(guò)調(diào)節(jié)高低壓線圈的輻向漏磁，有效降低短路后線圈安匝不平衡產(chǎn)生的軸向力。

2.非晶合金變壓器線圈基本參數(shù)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)案例選取廣西配電網(wǎng)改造項(xiàng)目非晶合金配電變壓器，主要性能參數(shù)如下：產(chǎn)品型號(hào)：SBH15-M-400/10;額定電壓：10kV/0.4kV（高壓/低壓）;額定電流23.09A/577.4（高壓/低壓）;阻抗電壓：4.0%;空載損耗：≤200W ;負(fù)載損耗：≤4520W。

選取線圈參數(shù)如下：高壓線圈為17層，總匝數(shù)為772匝，每層匝數(shù)為46匝，最后一層匝數(shù)為36匝，漆包銅扁線厚度1.56mm，高度為3.62mm。低壓線圈為17層，總匝數(shù)為17匝，每層匝數(shù)為1匝，導(dǎo)線規(guī)格為厚度1.05mm，高度為185mm的銅箔。

3.線圈安匝布置設(shè)計(jì)

3.1 抗短路能力試驗(yàn)簡(jiǎn)述

根據(jù)GB/T 1094.1中規(guī)定：配電變壓器短路試驗(yàn)須分別在最大分接檔，主分接檔和最小分接檔上進(jìn)行，每檔試驗(yàn)次數(shù)為3次，三相試驗(yàn)次數(shù)為9次，每次試驗(yàn)時(shí)間為0.2S。因此每一檔的安匝平衡都必須在線圈設(shè)計(jì)中考慮到。

3.2 線圈安匝設(shè)計(jì)

如下圖1所示：將高壓線圈的分接抽頭分為兩個(gè)部分：第一部分與線圈的基本匝數(shù)（最小分接擋）相連;第二部分改變線圈繞向，使每擋與第一部分線圈檔位的匝數(shù)相對(duì)應(yīng)。

1）當(dāng)變壓器運(yùn)行在額定擋時(shí)，X4與X5抽頭相連。X2—X4抽頭之間的匝數(shù)與X3—X5抽頭之間的匝數(shù)不流經(jīng)電流。第一部分第16層上半部沒(méi)有安匝力，第二部第17層下半部分沒(méi)有安匝力，且高度完全相等，兩層相互補(bǔ)償漏磁，平衡安匝。

2）當(dāng)變壓器運(yùn)行在最小電壓檔時(shí)，X6與X7抽頭相連。X2—X4抽頭之間的匝數(shù)與X3—X5抽頭之間的匝數(shù)不流經(jīng)電流。X4—X6抽頭之間的匝數(shù)與X5—X7抽頭之間的匝數(shù)不流經(jīng)電流。第一部分第16層上半部沒(méi)有安匝力，第二部分第17層下半部分沒(méi)有安匝力，形成了相互補(bǔ)償，且高度完全相等，兩層相互補(bǔ)償漏磁，平衡安匝。

3）當(dāng)變壓器運(yùn)行在最大電壓擋時(shí)，X2與X3抽頭相連。X2—X4抽頭之間的匝數(shù)與X3—X5抽頭之間的匝數(shù)都流經(jīng)電流。X4—X6抽頭之間的匝數(shù)與X5—X7抽頭之間的匝數(shù)都流經(jīng)電流。電抗器高度分布非常均勻，安匝平衡。

4.線圈水平（輻向）漏磁計(jì)算與分析

上圖2橫軸為漏磁量（GS），軸向?yàn)榫€圈軸向高度（mm）。可以看出高壓第17層水平磁場(chǎng)曲線沿線圈軸向中心對(duì)稱(chēng)分布。在第17層可以最大電壓檔，額定檔，最小電壓檔漏磁曲線均沿軸向中心對(duì)稱(chēng)分布的。最大值為125GS，最小值為-165GS;且通過(guò)短路力計(jì)算高壓線圈的合成軸線短路力在最大分接位置為向下0.2455kN， 在最小分接位置為向下0.2702kN，在額定分接位置為向下0.2769kN;低壓線圈的合成軸線短路力在最大分接位置為向上0.1594kN， 在最小分接位置為向上0.1789kN，在額定分接位置為向上0.1789kN。

結(jié)論：

本文重點(diǎn)以非晶合金產(chǎn)品SBH15-M-400/10為實(shí)例進(jìn)行線圈安匝設(shè)計(jì)，對(duì)線圈的漏磁平衡及安匝分布做詳細(xì)設(shè)計(jì)。從原理上設(shè)計(jì)線圈各層電抗高度完全相等，兩層相互補(bǔ)償漏磁，從而達(dá)到平衡安匝的目的。通過(guò)漏磁場(chǎng)及短路力技術(shù)軟件得出高低壓線圈水平曲線漏磁場(chǎng)分布圖，得出結(jié)論：高、低壓各層在最大電壓檔，額定檔，最小電壓檔的漏磁均是沿軸向中心對(duì)稱(chēng)分布的，向線圈內(nèi)側(cè)的漏磁與向外側(cè)的在數(shù)值上基本對(duì)稱(chēng)分布。最后通過(guò)短路力計(jì)算高、低壓線圈的合成軸線短路力的數(shù)量級(jí)非常小。

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