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低压侧调压变压器的电气结构研究及经济性分析

林岩涛 曹宝丰 付晓波

(特变电工衡阳变压器有限公司,湖南衡阳,421007)

摘要: 低压调压变压器就是一种完全迥异于中国国家标准和规范的一种变压器结构,国内变压器标准中没有一套完整的结构选取、参数选取的原则,因此,结合国内变压器厂家生产及制造能力,深入分析不同结构对变压器成本及性能造成的影响,制定不同参数的低压调压变压器结构选取原则对于中国变压器打入相关的国际市场具有非常重要的意义。
关键词: 电力变压器;低压侧调压;串联
DOI:10.12721/ccn.2021.157066
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一、低压侧调压变压器常规结构的分析

以2010年北美某电网公司招标的一台220kV变压器为例,参数如下:

(1)型号:SFZ-60000/220;(2)额定容量:60000/60000 kVA;(3)额定电压:230/23±8×1.25% kV;(4)联结组别:Dyn1;(5)阻抗电压:18.7%;其他参数略

按照最直接的方法,将调压绕组放在变压器低压线圈末端,调压绕组流过的是低压绕组的电流,考虑到低压绕组为全绝缘绕组,所以调压绕组的绝缘水平等于低压绕组的绝缘水平,又由于调压绕组的出线方便及变压器阻抗的原因,设计出的绕组排列顺序从内到外为:铁心-低压绕组-高压绕组-调压绕组。

通过计算,匝电势e=83V/匝,所以调压绕组每级的匝数:

 截图1739949675.png

高压绕组电抗高度与调压绕组的电抗高度相差35倍,调压绕组在受到次机械力的作用下安全系数极低,极易造成绕组失稳等情况,且导致变压器安匝分布进不平衡。

此外该结构变压器调压开关位置在低压侧中性点,低压侧额定电流为1506.13A,绝缘水平LI/AC为75/35kV,以国际上常用品牌德国MR开关为例(其他品牌开关与MR相似),对开关进行选型,根据开关的电流选择为3×RⅠ2002-72.5/C-10193W,此开关额定电流2000A,绝缘水平LI/AC为350/140,可见此开关的绝缘水平远远高于绕组的绝缘水平,但是因为电流的原因,不得不选取此型号开关,此开关价格昂贵。

二、采用串联补偿变压器结构的分析

仍然以上一章的变压器参数为实例,为避免出现变压器调压绕组匝数过少及开关电流过大的问题,我们采用串联一个补偿变压器的方式对低压绕组进行调压,即将变压器分为主变压器及补偿变压器,高压绕组、低压绕组及调压绕组组成主变压器,此三个绕组共同励磁,将补偿绕组及励磁绕组组成补偿变压器器身,两者相互励磁,补偿变压器的补偿绕组与主变的低压绕组串联,补偿变压器的激磁绕组与主变的调压线圈并联,当变压器高压侧励磁时,低压绕组及调压绕组产生感应电压,通过设定调压绕组的匝数,可以达到改变调压绕组产生的感应电压及电流,因为激磁绕组与调压绕组并联,所以激磁绕组的电压等于调压绕组的电压,补偿绕组与激磁绕组在一个铁心上,所以补偿绕组感应出一个感应电压,通过调节有载调压开关,改变调压绕组串进回路中的线圈匝数,从而改变调压电压,进而改变激磁绕组与补偿绕组的电压,以实现低压调压的目的[1-2]。结构如图:

 图片1.png

通过计算,采用串联补偿变压器的结构较为复杂,要考虑的电气、绝缘等问题也更为繁多,但是这种结构解决了传统结构的诸多弊端,并且解决传统结构最大的开关选型的难题,开关可以选择非常具有市场竞争力的价格低廉的低电压、小电流开关,使变压器造价成本更低。同时,变压器本身更优的安匝分布、调压绕组流过的电流小等有点,使变压器可靠性更佳。

三、串联补偿变压器结构的经济性分析

针对此型号的变压器我们将两种结构变压器的成本进行对比分析。因两种结构的变压器在套管等组件上并没有差别,仅在硅钢片、电磁线(电磁线为变压器采用的绕组用的铜导线)、变压器油和开关上存在重量和价格差异,通过计算两种方案的成本,尽管串联补偿变压器结构存在结构复杂等缺点,但是其经济性是普通低压调压变压器所不能比拟的,此变压器单台节省成本380万元,大幅减少了变压器成本,增加了产品的竞争力及利润空间。

四、总结

本文从工程实际出发,以一台出口产品的220kV低压侧调压变压器为例进行分析,对变压器采取不同的调压结构造成的性能及成本的差异进行剖析,得出以下结论:

1)在结构复杂性上来比较,低压侧调压变压器使用补偿变压器结构要远复杂于常规结构变压器,虽然采用串联补偿变压器的结构较为复杂,要考虑的电气、绝缘等问题也更为繁多,但是这种结构解决了传统结构的诸多弊端,在抗短路能力、安匝不平衡率等多方面都优于常规结构变压器。

2)并非所有的低压侧调压变压器都适合采用补偿变压器结构,通过本文对两种结构变压器的经济性分析得出结论:在适用于采用的补偿变压器结构的变压器中,使用补偿变压器结构与常规结构相比,在硅钢片、电磁线、变压器油等原材料上要有所增多,但是其开关价格远低于常规结构,所以综合成本来看,补偿变压器结构的经济性要优于常规结构。

参考文献

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[2] Redondo L M.Analysis of a modular generator for high-voltage, high-frequency pulsed applications, using low voltage semiconductors(<1kV) and series connected step-up (1:10) transformers[J].Review of Scientific Instruments,2007,78 (3),:34-40.