符以平 吳華林 易梅生 梁建宇

（特變電工衡陽變壓器有限公司，湖南衡陽421007）

0 引言

融冰變壓器作為移動(dòng)式救災(zāi)設(shè)備，需要最大限度地為各種容量、各個(gè)不同距離的電力線路提供應(yīng)急融冰服務(wù)，其負(fù)載呈現(xiàn)出多種容量和多種電壓組合的要求，且往往高電壓與大負(fù)載電流同時(shí)出現(xiàn)。因此，其負(fù)載特性與普通電力變壓器完全不同，這就決定了融冰變壓器必須具備大范圍調(diào)容和寬幅調(diào)壓的特性，其最大容量與最小容量，最大負(fù)載電壓與最小負(fù)載電壓之比可達(dá)數(shù)倍。融冰變壓器無法也沒必要采用有載調(diào)壓的結(jié)構(gòu)型式。從經(jīng)濟(jì)性及合理性的角度考慮，融冰變壓器一般采用二次側(cè)無勵(lì)磁調(diào)壓，輸出多種電壓。

1 改進(jìn)前的短路阻抗

1.1 性能參數(shù)及繞組排列

一臺(tái)實(shí)際的融冰變壓器，型號(hào)為ZSS-119670/35，二次電壓為6級(jí)，二次恒電流，因此容量也分為6級(jí)，具體如表1所示。

該變壓器的繞組結(jié)構(gòu)排布如圖1所示，低壓繞組由多段串聯(lián)，排布于一次繞組的一側(cè)，低壓繞組依次切除1、2、3、4、5段可得到1～6檔的電壓，為使6檔阻抗電壓與1檔阻抗電壓差距相對(duì)較小，將低壓繞組1～6與高壓繞組的位置距離按由近及遠(yuǎn)依次排列。

表1 ZSS-119670/35具體參數(shù)

圖1 傳統(tǒng)方式下的繞組排列示意圖

1.2 改進(jìn)前的短路阻抗計(jì)算及實(shí)測(cè)值對(duì)比

從表1中漏磁磁勢(shì)變化來看，第一檔最大，為258 480安匝，第六檔最小，為93 340安匝，兩者比為2.77倍。而這是由變壓器性能參數(shù)所決定的，是無法改變的常數(shù)。要使變壓器阻抗參數(shù)隨檔位變化趨緩，唯一可做的調(diào)節(jié)只能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上使第六檔至第一檔的漏磁面積由大到小，起到盡可能抵消磁勢(shì)變化趨勢(shì)的作用。

本變壓器第一檔時(shí)，低壓繞組全部載流運(yùn)行，根據(jù)漏磁面積計(jì)算公式，代入相應(yīng)數(shù)值計(jì)算得

第一檔漏磁分布示意如圖2所示。

圖2 H-L1時(shí)漏磁組分布圖

本變壓器第六檔時(shí)，低壓繞組僅剩最靠鐵芯的2層載流運(yùn)行，根據(jù)漏磁面積計(jì)算公式，代入相應(yīng)數(shù)值計(jì)算得：∑D=841.23。

第六檔漏磁分布示意如圖3所示。

綜合計(jì)算及實(shí)測(cè)的極限檔位阻抗結(jié)果：

（1）1檔阻抗：計(jì)算值16.58%，實(shí)測(cè)值16.04%；

（2）6檔阻抗：計(jì)算值8.85%，實(shí)測(cè)值8.03%。

從上述結(jié)果可以看出，通過低壓繞組的這種排列，一定程度上均衡了變壓器隨檔位和容量變化即相應(yīng)的漏磁磁勢(shì)變化所帶來的阻抗變化，最大檔阻抗約為最小檔阻抗的2倍。

但是，變壓器阻抗偏大，必然造成無功功率消耗偏大，使變壓器電壓調(diào)整率變大，功率因數(shù)降低，變壓器的使用效率受到影響。為此，客戶提出了進(jìn)一步均衡各檔位阻抗的要求。

2 改進(jìn)后繞組排列及短路阻抗計(jì)算

2.1 改進(jìn)后的繞組排列及原理分析

分析結(jié)果顯示，要實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)阻抗的目的，唯有從改變變壓器漏磁結(jié)構(gòu)調(diào)整漏磁面積著手。我們知道，變壓器的漏磁面積還受漏磁組數(shù)的影響。前述的方案是一個(gè)漏磁組結(jié)構(gòu)，如果把低壓繞組分成兩大部分，分別置于高壓繞組的內(nèi)外側(cè)，就構(gòu)成了兩個(gè)漏磁組結(jié)構(gòu)，下面我們來分析計(jì)算這種結(jié)構(gòu)的阻抗情況。為了使改進(jìn)前后的效果具有可比性，高低壓繞組的線規(guī)、各層結(jié)構(gòu)繞組的幅向、高度、繞制結(jié)構(gòu)均不作改變。

圖3 H-L6時(shí)漏磁組分布圖

改進(jìn)后的變壓器繞組排布如圖4所示，低壓繞組1、2、3檔繞組段放在高壓繞組的內(nèi)側(cè)，低壓繞組4、5、6檔繞組段放在高壓繞組的外側(cè)，1、2、3檔時(shí)，變壓器依次切除低壓繞組的0、1、2段，高壓繞組內(nèi)外都有低壓繞組，是兩個(gè)漏磁組，從第4檔開始，變壓器內(nèi)側(cè)的1、2、3段低壓繞組全部切除，僅剩外側(cè)部分，構(gòu)成一個(gè)漏磁組結(jié)構(gòu)。其中，高壓繞組HV1、HV2兩部分的寬度比等于高壓繞組內(nèi)外側(cè)的低壓繞組匝數(shù)比。

圖4 改進(jìn)后的變壓器繞組排列示意圖

2.2 改進(jìn)后的短路阻抗計(jì)算

第一檔運(yùn)行時(shí)，低壓繞組全部載流運(yùn)行，根據(jù)漏磁面積計(jì)算公式，代入相應(yīng)數(shù)值計(jì)算得：

第一檔漏磁分布示意如圖5所示。

圖5 第一檔時(shí)漏磁組分布示意圖

第六檔運(yùn)行時(shí)，低壓繞組僅最外2層載流運(yùn)行，根據(jù)漏磁面積計(jì)算公式，代入相應(yīng)數(shù)值計(jì)算得：∑D=658.11。

第六檔漏磁分布示意如圖6所示。

結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后各檔位的阻抗計(jì)算結(jié)果如表2所示。

從上面的計(jì)算結(jié)果可以看出，通過改變變壓器的漏磁組數(shù)，可以顯著將最大的第一檔的阻抗由16.04%調(diào)整到6.46%，使最大阻抗變?yōu)榈谒臋n的9.5%，阻抗變化范圍變成了6.46%～9.5%，是35 kV級(jí)變壓器的常用阻抗區(qū)間。

3 結(jié)語

對(duì)于恒磁通、多級(jí)大范圍調(diào)壓且伴隨大幅度容量變化的融冰變壓器，容量增加對(duì)阻抗增大有著巨大而關(guān)鍵性的影響，通過繞組漏磁結(jié)構(gòu)的排布調(diào)整，可一定程度上抑制阻抗的增加，但難以根本性改變阻抗隨容量變化大幅增加的趨勢(shì)，難以達(dá)到變壓器高效運(yùn)行的理想狀態(tài)。而改變變壓器的漏磁組數(shù)量，可以完全調(diào)整變壓器阻抗變化的趨勢(shì)，使變壓器阻抗變化區(qū)間達(dá)到可接受的狀態(tài)。上例變壓器阻抗的值還可以通過繞組漏磁高度和寬度的調(diào)整在一定范圍內(nèi)優(yōu)化，使變壓器的運(yùn)行達(dá)到用戶滿意的效果。

圖6 第六檔時(shí)漏磁組分布示意圖

表2 結(jié)構(gòu)改進(jìn)前后各檔位的阻抗計(jì)算結(jié)果