北美市場低壓電機變壓器的設計思路

北美市場低壓電機變壓器的設計思路

1美國變壓器生產(chǎn)基地的現(xiàn)狀隨著國家對能源生產(chǎn)的投資，鑒于高壓和慈濟能源的發(fā)展方向，鑒于其高壓和慈濟能源的投資，變壓器正在向高電壓和慈濟能源的方向發(fā)展。其他國家也逐漸把中國當成世界的變壓器生產(chǎn)基地。如何做好國際市場,成為國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)面臨的一個新的課題。通過了解,北美市場的變壓器大部分要求低壓側(cè)直接帶有載調(diào)壓。因此,筆者對低壓帶調(diào)壓變壓器的結(jié)構(gòu)特點,給出了一般的設計思路,以供變壓器設計者參考。2變壓器低壓到位低壓帶有載調(diào)壓就是低壓側(cè)接有載分接開關(guān),通過調(diào)節(jié)有載分接開關(guān)的擋位直接改變低壓側(cè)的輸出電壓。變壓器繞組內(nèi)流過的電流In為:式中In——繞組內(nèi)的電流,A如一臺容量為70000kVA,電壓比為132/(13.8±16×0.625%)kV,聯(lián)結(jié)組為Dy1的變壓器(該種為美國市場常見的變壓器參數(shù)),其低壓繞組的電流由式(1)計算得2928.6A,而為變壓器配套的有載調(diào)壓開關(guān)無法滿足這么大的電流。另外,隨著變壓器容量的增加,變壓器單柱容量增大后選取的鐵心直徑較大,從而在一定的磁通密度下的每匝電勢也就較大,加上低壓側(cè)本身電壓較低,故低壓繞組的匝數(shù)較少。一般低壓繞組匝數(shù)在100匝~150匝左右,如低壓繞組分接范圍為±16×0.625%(±10%),則調(diào)壓繞組的匝數(shù)為10匝~15匝,這樣的總分接匝數(shù)分成16擋是無法實現(xiàn)的。通過以上的分析,對于低壓帶調(diào)壓的變壓器,不能采用普通的設計方法,所以,必須采用一些特別的方法來實現(xiàn)。3變壓器二次側(cè)串聯(lián)轉(zhuǎn)化設置為了解決低壓調(diào)壓問題,必須解決調(diào)壓回路中大電流及分接匝數(shù)難以設計的問題。而在低壓繞組上串聯(lián)一調(diào)壓變壓器,很好地解決了這兩個問題,其調(diào)壓原理如圖1所示。主變壓器的繞組排列為:主變鐵心—調(diào)壓繞組—低壓繞組—高壓繞組,調(diào)壓變壓器的繞組排列為:調(diào)變鐵心—并聯(lián)繞組—串聯(lián)繞組。在主變低壓繞組與鐵心間設置一只調(diào)壓繞組,該調(diào)壓繞組帶16擋分接抽頭,有載調(diào)壓分接開關(guān)的動觸頭與調(diào)壓變壓器的一次側(cè)繞組(并聯(lián)繞組)并聯(lián),調(diào)壓繞組的二次側(cè)繞組(串聯(lián)繞組)與低壓繞組串聯(lián)。由于調(diào)壓繞組套在主變壓器的鐵心上,主磁通會在調(diào)壓繞組上感應電勢,該感應電勢通過并聯(lián)繞組對調(diào)壓變壓器進行勵磁,調(diào)壓變壓器的二次側(cè)(串聯(lián)繞組)通過電磁感應得到電壓,該電壓串聯(lián)在主變低壓繞組上,串聯(lián)繞組的電壓通過勵磁電壓的改變而發(fā)生變化,從而起到改變低壓電壓的目的。由于調(diào)壓變壓器的串聯(lián)繞組與主變低壓繞組串聯(lián),所以其通過的是主變低壓側(cè)電流。而與分接開關(guān)連接的調(diào)壓繞組,由于與調(diào)壓變壓器的一次側(cè)(并聯(lián)繞組)構(gòu)成回路,其通過的是調(diào)壓變壓器一次側(cè)電流,所以合理地選擇調(diào)壓變壓器一、二次側(cè)的變比可以把通過開關(guān)的電流設置在一個很小的值上。另外,由調(diào)壓回路也可以知道,調(diào)壓變壓器二次側(cè)電壓就是主變低壓繞組整個分接段的電壓,根據(jù)變比可以得到調(diào)壓變壓器一次繞組的額定電壓,由于與主變調(diào)壓繞組并聯(lián),該值也就是調(diào)壓繞組的電壓,用它除以主變壓器的匝電勢即可得出調(diào)壓繞組的匝數(shù)。通過以上分析,增加一調(diào)壓變壓器的方法,可以解決大電流流過開關(guān)及分接匝數(shù)難以設置的問題。需要注意的是,由于調(diào)壓變壓器始終在主變回路中,所以其空載損耗應計算在總損耗中。另外,調(diào)壓變壓器的容量與低壓調(diào)壓范圍有關(guān),如為±10%的正反調(diào)調(diào)壓范圍,調(diào)壓變壓器的容量即為10%的主變?nèi)萘俊６{(diào)壓變壓器的短路阻抗也應計入整個變壓器阻抗中。且當變壓器在額定分接運行時,由于調(diào)壓變壓器二次側(cè)(串聯(lián)繞組)流過額定電流,一次側(cè)(并聯(lián)繞組)通過開關(guān)短路,根據(jù)磁勢平衡原理,并聯(lián)繞組內(nèi)必流過額定電流,因而產(chǎn)生的負載損耗也應計入總損耗中。對于±16×0.625%調(diào)壓范圍的變壓器,如采用電阻式開關(guān),需要設置16個分接段。如調(diào)壓繞組為單層圓筒式,就意味著上下至少有16個分接頭需要引出,由于調(diào)壓繞組在最內(nèi)層,故結(jié)構(gòu)上很難處理。而采用電抗式開關(guān)可將分接段數(shù)減少一半,分接抽頭也隨之減少,并簡化了結(jié)構(gòu),所以,這種變壓器常用電抗式有載分接開關(guān)。4橋接過程的特性電抗式開關(guān)與調(diào)壓繞組的聯(lián)結(jié)如圖2所示,兩個分接之間過渡的原理如圖3所示。采用電抗式開關(guān)對于變壓器廠家需要為有載調(diào)壓開關(guān)配置電抗器。電抗器(中部帶一抽頭,相當于一個自耦變壓器)的勵磁電壓即為兩擋分接電壓Ua,當開關(guān)運行的兩條支路均導通時(橋接位置),在電抗器內(nèi)部會產(chǎn)生環(huán)流Ic,該環(huán)流與其勵磁電壓存在90°相角差。這是由電抗器的電抗Z=jX產(chǎn)生的,電抗器的阻抗與其匝數(shù)的平方成正比。假定整個電抗器的阻抗為Z,則半個電抗器的阻抗為41Z,此時電抗器中流經(jīng)的電流為低壓側(cè)負載電流和環(huán)流的合成值。負載電流、循環(huán)電流及產(chǎn)生環(huán)流的電壓Ua三者之間的關(guān)系可由圖4的相量圖表示。下面對開關(guān)切換中電抗器內(nèi)有環(huán)流的橋接過程進行分析。圖5為在F過程時電抗器中的電流分配。圖中IC為橋接時兩個觸頭間亦電抗器內(nèi)部的環(huán)流,根據(jù)電流分配,可列出下列方程:U2——下半部電抗器兩端的電壓,VM——電抗器兩半部之間的互感系數(shù),耦合好時取M=1式中U1——電抗器兩端的電壓,VUa——兩擋分接之間的電壓,VIC——橋接時電抗器內(nèi)部的環(huán)流,A根據(jù)式(4)可以知道,在橋接位置時,電抗器兩端的電壓為兩擋分接電壓,該電壓加在阻抗Z=jX的電抗器上,產(chǎn)生IC的循環(huán)電流。在分接開關(guān)選型時可從開關(guān)廠得到一個推薦的環(huán)流值,由電壓和電流可以推算出該電抗器的電抗值。在電壓、電流及電抗值均已知的情況下,該電抗器即可以確定下來了。5電抗式開關(guān)過渡過程分析本文中通過對主變中串聯(lián)一調(diào)壓變壓器的分析,為低壓帶調(diào)壓的變壓器設計提供了依據(jù)。在主變中增加一調(diào)壓變壓器可使流經(jīng)有載分接開關(guān)的電流減小,同時使分接擋位的匝數(shù)比較容易地設置。另外,當變壓器要求低壓側(cè)帶較多分接擋時,可采用電抗式開關(guān)使調(diào)壓繞組抽頭數(shù)減半,簡化了變壓器的出線結(jié)構(gòu)。同時通過對電抗式開關(guān)過渡過程的分