分裂變壓器的特點(diǎn)及運(yùn)行

分裂變壓器的特點(diǎn)及運(yùn)行分裂變壓器正廣泛運(yùn)行于大型火電廠的廠用變壓器和水電廠的升壓變壓器中。對分裂變壓器特點(diǎn)和運(yùn)行特性作了介紹。

關(guān)鍵詞：分裂變壓器；特性；運(yùn)行

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量日趨增大，從而使廠用負(fù)荷增加，要求其廠用變壓器的容量增大。同時，由于目前一般都采用輕型的廠用斷路器，出于安全和經(jīng)濟(jì)上的考慮，又要求廠用容量，特別是短路容量要小，廠用接線盡可能的簡單可靠，為了減少短路電流，合理地選擇輕型電器，可選擇計算阻抗較大的接線和運(yùn)行方式，在發(fā)電廠廠用電接線中，廠高變采用低壓分裂繞組變壓器，由于分裂繞組變壓器在正常和低壓側(cè)短路時其電抗值不同，從而起到限制短路電流的效果。

在國外，從40年代末期就開始研究和制造這種分裂線圈變壓器。根據(jù)國外運(yùn)行經(jīng)驗，采用分裂線圈變壓器以增大變壓器的阻抗值，是限制短路電流切實可行的方法，而且在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。所以國外目前已經(jīng)得到普遍推廣，有的國家已定出國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行系列成套生產(chǎn)。英國已制造出容量為880MVA的三相分裂線圈變壓器，作為水電站的升壓變壓器用。所以三相分裂線圈變壓器不僅可以作為廠用變壓器，也可作為主變壓器。

目前分裂線圈變壓器在我國已開始生產(chǎn)和應(yīng)用，在某些發(fā)電廠和變電所已采用分裂線圈變壓器作為主變壓器，不少大型發(fā)電廠中采用分裂線圈變壓器作為廠用變壓器。由于這種變壓器的運(yùn)行時間還短，運(yùn)行經(jīng)驗較少，同時我國還沒有系列生產(chǎn)這種變壓器。以廠用電供電為例，說明其三繞組分裂變壓器的特點(diǎn)以及對系統(tǒng)運(yùn)行的影響。1三相分裂繞組變壓器的特點(diǎn)

分裂變壓器是多繞組變壓器中的一種特殊形式，和普通多繞組變壓器不同點(diǎn)在于：它的低壓繞組中有一個或幾個繞組分裂成額定容量相等的幾個支路，這幾個支路沒有電氣上的聯(lián)系，而僅有較弱的磁的聯(lián)系。在電力系統(tǒng)中，用得比較多的是雙繞組雙分裂變壓器，它有一個高壓繞組和兩個分裂的低壓繞組，分裂繞組的額定電壓和額定容量相同，它們的總?cè)萘康扔谧儔浩鞯目側(cè)萘俊?/p>

低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線圈與低壓線圈各分裂部分之間，以及低壓線圈分裂后的各部分之間的短路阻抗值，這對限制網(wǎng)絡(luò)的短路電流，節(jié)省建設(shè)投資與占地面積有著一定的實際經(jīng)濟(jì)意義，因而分裂變壓器正在電力工業(yè)中被廣泛采用。分裂變壓器與普通變壓器，按其結(jié)構(gòu)看，幾乎沒有什么區(qū)別,其區(qū)別僅僅是在各鐵芯柱上的低壓圈線本身，沒有串聯(lián)或并聯(lián)而將其始端和終端各自引出，無論采取哪種結(jié)構(gòu)方式，其分裂的二次繞組之間磁的耦合是比較弱的，因此，對分裂變壓器的基本要求是：

1)低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結(jié)構(gòu)，要求有足夠的電氣強(qiáng)度；

2)低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；

3)使用時，低壓線圈的每一部分可分別接到發(fā)電機(jī)或電動機(jī)上，且可同時運(yùn)行，也可單獨(dú)運(yùn)行，具有相同額定電壓的分裂線圈可以并聯(lián)運(yùn)行；

4)結(jié)構(gòu)要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，分裂變壓器比起普通(無分裂)變壓器(在相同容量、電壓等級、調(diào)壓范圍及級數(shù)，總損耗和短路電壓等情況下)相比,材料消耗較多(包括硅鋼片、線圈用銅〈鋁〉量等),從而使變壓器的成本有所增加。2分裂變壓器的等值電路和主要參數(shù)

三繞組分裂變壓器可以當(dāng)作三線圈普通變壓器來討論，所以它的等值電路用一般的星形等值電路來表示，如圖1所示。

圖中每個電抗分別為：XC＝(XKCA＋XKCB－XKAB)／2XA＝(XKCA＋XKAB－XKCB)／2

(1)XB＝(XKCB＋XKAB－XKCA)／2

上式中，XKCA、XKCB、XKAB分別為兩個線圈之間的短路阻抗，其中低壓的兩個分裂線圈之間的短路電抗XKAB又稱為分裂電抗。

根據(jù)對制造分裂變壓器的基本要求,低壓的兩個線圈A和B對于高壓側(cè)線圈C應(yīng)該是相等的,因此得出：XKCA＝XKCB

(2)

將公式(2)代入(1)式得：XC＝XKCA－XKAB／2

(3)XA＝XB＝XKAB／2

(4)

當(dāng)兩個低壓線圈A和B并聯(lián)時，得出分裂變壓器的穿越電抗XD(相當(dāng)于普通變壓器的短路電抗)為：XD＝XC＋XA／2＋XKCB－XKAB／4

(5)

若將上式和(3）式合并可得：XC＝XD－XKAB／4

(6)

XA＝XB＝XKAB／2

(7)

當(dāng)兩個低壓線圈A和B負(fù)荷相等或并聯(lián)運(yùn)行(相當(dāng)于一般雙線圈變壓器)時，分裂電抗XKAB和穿越電抗XD之比稱為分裂變壓器的分裂系數(shù)KP，即：KP＝XKAB／XD

(8)

分裂系數(shù)KP是分裂變壓器的主要參數(shù)，若將公式(8)代入(6)和(7)式，可得到下列公式：XC＝(1－KP／4)XD

(9)XA＝XB＝KP／2XD

(10)

由此可見，依據(jù)分裂系數(shù)和穿越阻抗就可以簡單地求出等效電路中各個參數(shù)。例如：某分裂變壓器的分裂系數(shù)為3.5，穿越電抗XD＝8%，由式(9)、(10)立即可以算出：XC＝1%、XA＝XB＝14%。

在一般情況下，分裂系數(shù)KP的數(shù)值在0～4之間，由分裂成兩部分的低壓繞組的相對位置來決定。分裂系數(shù)KP的具體數(shù)值則根據(jù)變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)及事故狀態(tài)的要求來選取。

當(dāng)KP＝4時，繞組A和B之間磁的聯(lián)系最弱，由式(9)及式(10)可見，此時XC＝0、XA＝XB＝2XD，此時等效電路簡化為圖2(A)所示，猶如兩臺獨(dú)立的雙繞組變壓器一般，繞組A的負(fù)荷變化，只會引起繞阻A本身的端電壓的變化，而對繞組B的端電壓沒有任何影響，反之亦然。

當(dāng)KP＝0時繞組A和B之間的聯(lián)系最緊密，同時由式(9)、(10)可得ZC＝ZD、ZＡ＝ＺD＝0，猶如一臺普通雙繞組變壓器一般，繞組A的端電壓就是繞組B的端電壓，這時的等值電路圖如圖2(B)所示。

一般情況下，0＜KP＜4，繞組A和B之間有一定的磁的聯(lián)系，等值電路如圖2(C)所示。是為正常的分裂變壓器。圖2不同KP值時的分裂變壓器等值電路3廠用變壓器采用分裂變壓器后的運(yùn)行特性

由于分裂變壓器阻抗值較大，因此作為廠用變壓器后，可以帶來一些運(yùn)行上的好處。下面分幾個方面來討論。

1)降低廠用母線上的短路電流，減少對電氣設(shè)備的短路沖擊。

在廠用母線短路時，沖擊電流包括兩個部分：一是通過廠用變壓器送來的短路電流IK1；二是廠用電動機(jī)的反饋短路電流IK2，由于分裂變壓器的電抗值XD比普通變壓器增大了(電抗值XD隨著分裂系數(shù)KP的增大而增大)，短路電流IK1將隨著KP的增大而減小，可見KP對限制短路電流有著顯著的影響，當(dāng)KP＝4時，IK1可比普通變壓器減少一半；而對于廠用電動機(jī)的反饋短路電流IK2，由于一個廠用母線上所接電動機(jī)減少一半，因此供給的短路電流IK2亦減少一半。所以，采用廠用分裂變壓器以后，廠用母線上的短路電流將顯著減少，從而對廠用母線上的電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定性有較大好處。為了保證最大的經(jīng)濟(jì)效益，在選用廠用電氣設(shè)備時，不但可以選用輕型斷路器，還可以降低短路電流對廠用母線、電纜、CT的熱穩(wěn)定性。

2)減少廠用母線電壓的波動

目前設(shè)計的廠用電系統(tǒng)一般均是照明和動力混合的供電系統(tǒng)，由于分裂變壓器的電抗值XD比相同容量普通變壓器高，再加上兩分裂線圈相對獨(dú)立，相互間基本上沒有影響，所以電壓穩(wěn)定性比普通變壓器好。

3)有利于廠用電動機(jī)成組自起動。①一個分段上的電動機(jī)成組自起動，主要取決于分裂系數(shù)KP。當(dāng)KP＝0時，允許自起動的電動機(jī)容量和同容量的普通變壓器相同，即：整個變壓器的自起動容量比同容量的普通變壓器增加一倍；當(dāng)KP＝4時，整個變壓器的自起動容量比同容量的普通變壓器相同。由于分裂變壓器的分裂系數(shù)4≥KP≥0之間，所以廠用電動機(jī)成組自起動的能力比同容量的普通變壓器好。②兩個分段上的電動機(jī)同時成組自起動時,由于分裂變壓器的短路阻抗比同容量的普通變壓器約小1.5倍，所以自起動容量將增加1。5倍。③一個分裂繞組上短路時，另一個分裂繞組上能夠維持允許的最低電壓水平。

按有關(guān)規(guī)定：高溫、高壓電