220kV三绕组高阻抗变压器两种方案对比分析

袁洪丹　彭娜　方海彬

摘 要：本文对220kV高阻抗三绕组变压器提出了两种设计方案，并对两种方案的结构形式进行了介绍，对产品的性能和成本进行了分析。

关键词：变压器；高阻抗；方案设计

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.189

1 前言

近年来，220kV三绕组变压器多向高阻抗的方向迈进，因其阻抗越高，变压器的抗短路能力就越强。其变压器常规阻抗值，在GB6451中有以下规定：高-中阻抗为12%-14%，高-低阻抗为22%-24%，中-低阻抗为7%-9%。由于短路力与短路电流的平方成正比，短路电流与短路阻抗成反比，因此对于阻抗较小、电流较大的低压绕组的抗短路能力的高低是整台变压器抗短路能力的关键。所以，对于三绕组变压器，一般都将高-低和中-低的阻抗值提高。随着阻抗的增加，虽然抗短路能力增强了，但是其改变了变压器常规结构，使其结构相对复杂，相应地制造成本也随之增加。对于一些阻抗相对国标增加不是很多的变压器，可以通过增加中压绕组和低压绕组之间的主空道来实现。但在铁心直径和电抗高度已经确定的前提下，单纯靠增加中低绕组间主空道其阻抗只能得到有限的增加，往往不能满足用户的要求。因此当中-低阻抗和高-低阻抗很大时，会采取其它的方案来满足要求。本文以一个型号为SSZ-180000/220的变压器为实例，对高阻抗变压器采取高压绕组内置和内置电抗器两种方案进行比较，并对其性能和结构特点进行了对比，提出了高阻抗变压器的设计建议。

2 变压器的基本参数及两种基本方案

型号：SSZ-180000/220

容量：180/180/90MVA

电压比：230±8×1.25%/115/10.5kV

联接组别：YNyn0d11

阻抗：高-中：14%±5% 中-低：38%±10% 高-低：54%±10%

基于以上变压器的基本参数，提出两种实现方案。方案1采用高压绕组内置的方式，其绕组排列方式从内到外为：铁心-高压绕组-中压绕组-调压绕组-低压绕组。该方案仅增加了中压绕组和低压绕组的主空道距离，在提高了变压器高-低阻抗和中-低阻抗的同时，并不影响高-中阻抗。通过将高压线圈内置，减小了高压绕组的直径，从而降低了高压绕组的导线电阻，从而减小负载损耗。

方案2是采取内置电抗器的方案。它是在正常阻抗的变压器的内部增加一个电抗器，电抗器绕组串联在变压器低压绕组上，从而改变与低压绕组相关的高-低阻抗和中-低阻抗，而不影响高-中阻抗。串联的电抗器可以布置在变压器长轴的一端，与有载开关相对。对于本台变压器，估算内置电抗器的阻抗值为30%，则变压器的阻抗为高-中：14%，中-低：8% ，高-低：24%，这就与国标中要求的阻抗一致，便可以按照常规变压器来设计，采取的绕组排列方式从内到外为：铁心-低压绕组-中压绕组-高压绕组-调压绕组。从而发现，该方案的设计要点是电抗器参数的确定。

ZN=UN/IN其中UN—低压额定电压，IN—低压额定相电流

UK =ZK/ZN其中UK—电抗器的阻抗值，ZK—电抗器的电抗值

故ZK= UK×ZN。由于其低压容量为二分之一容量，所以UK =30%/2=15%，从而可以得出电抗器的电抗值为0.5512Ω。

3 高阻抗变压器两种方案的性能对比和结构特点

两种方案高中运行时阻抗的变化趋势不同，方案1最小分接17.89%，额定分接14.34%，最大分接11.39%。方案2最小分接13.46%，额定分接14.01%，最大分接14.21%。可见方案2的极限分接阻抗与额定分接阻抗偏差小，运行平稳。从产品的外形尺寸来看，方案1的油箱尺寸8760×2700×3090（mm），方案2的油箱尺寸为8870×2320×3005（mm）。方案1因采取高压绕组倒置，将绝缘水平较高的高压绕组靠近铁心，需要增加铁心到高压绕组的主空道距离，因此其宽度比方案2宽。方案2因其需要放置电抗器，所以其油箱较方案1长，放置电抗器处需要局部增加油箱宽度。

在产品的设计上，方案1要注意高压绕组端部的设计，需要使主绝缘电场和冲击电压作用下绝缘强度满足要求。方案2要注意需要对电抗器所产生的漏磁场进行有效的屏蔽，以减少其在结构件中产生的损耗，防止局部过热。另一方面，要采取可靠地夹紧结构，减小电抗器的机械振动。

4 高阻抗变压器两种方案的基本材料对比分析

两种方案的变压器从硅钢片、铜导线和变压器油这三种主要材料来对比，方案1硅钢片78872kg，铜导线22992kg，变压器油72580kg。而方案2的硅钢片74800kg，铜导线24820kg，变压器油64860kg。硅钢片和变压器油用量方案2都比方案1少，仅铜导线用量增加。方案2的绕组采用正常排列，其高压绕组可采用组合导线，而方案1的高压绕组必须采用自粘性换位导线，所以方案2還节省了一部分铜导线的加工费。综合比较三大主要材料，在当今市场价格下，方案2比方案1节约5万元，具有更好的优越性。

5 结论

（1）方案1的绕组排列方式与常规阻抗变压器排列方式不同，将高压绕组内置后，需要通过合理的布置产品的端部绝缘结构及采用磁屏蔽的措施来降低产品的负载损耗。

（2）方案2设计简单方便，保持常规变压器和电抗器的电磁计算原则，只是在中-低运行时和高-低运行时需要在变压器的阻抗和损耗时增加串联电抗器的阻抗和损耗即可。其增加的成本主要来源于内置的电抗器。

（3）方案2的极限分接阻抗与额定分接阻抗偏差较小。

（4）方案1与方案2的极限分接阻抗的趋势是不同的，对于扩建站的变压器，当与原变压器并联运行时需要注意考虑。

（5）对于高-低阻抗大于50%的高阻抗变压器，从产品的经济性来看，方案2优于方案1。

参考文献：

[1]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2013（01）.

[2]崔力君等译.C.B.瓦修京斯基.变压器理论与计算[M].北京：机械工业出版社，1983.

作者简介：袁洪丹（1981-），女，辽宁沈阳人，从事变压器产品的设计与研发工作。endprint