一种间调式变压器的设计研究

周晓宇

宁夏发电集团有限责任公司马莲台电厂，宁夏 灵武 750411

0 引言

随着电化学、电冶金等用整流装置的不断增多和单机容量的不断增大，间调式变压器因其具有降低开关容量和较大的调压范围等诸多优点，而得到了较为广泛的应用。在理论上，串压变压器调变压的原理属于间接调整变压器电压的方式，因而也往往简称为“间调式”变压器。间调式变压器一般情况下由主变压器和串联变压器两个重要的部件所构成的，且将它们置于同一机械箱内。

间调式变压器结构中的直降式有载分接整流变压器随着科技发展逐渐成为大中型变压器的发展样式。早在上个世纪60年代中期，一些国家就开始将间调式变压器应用于电化学、电冶金等中要的电力部门，国产的60kV间调式变压器也已有二十余年的运行史。2001年，从日本引进的220kV间调式变压器也已在贵阳某铝厂投入运行，并获得了较好的运行结果。

1 设计方法

一般情况下，间调式变压器由主变和串变的低压绕组两部分相串联组成，在结构上做成“8字”形。在调压过程中，串变从主变的三次绕组励磁，保持串变一、二次绕组的匝数比固定不变，当一次励磁电压发生变化时，其二次电压也随之变化，所以主变属于恒磁通调压。而串变高压绕组匝数固定不变，通过调节分接选择器的位置改变串变励磁电压的幅值，因而施加于串变高压绕组的电压是变化的，所以串变属于变磁通调压。使主变的二次电压与串变感应的二次电压相减或相加，便可使变压器输出端电压得到范围较宽的调整。要想调压范围增加一倍时，只需通过转换选择器而不必增加调压匝数就可办到，通过转换选择器的变化还可以调节励磁电压的正负。

但一些电工、电子爱好者甚至电子线路设计人员往往会碰到设计好的变压器，绕制时却绕不下；或者，变压器设计时能满足要求，但在带足负载后往往达不到设定的电压；或者，能够设计出性能良好的变压器，但制作成本较高而没有商业价值。

一般情况下，主变三次回路电压在15kV～25kV 之间，但要是一次电压在15kV～35kV之间时，可选定使用三次回路电压设计更为合适，不但能够效的降低相应损耗和材料消耗，还能充分体现间调试变压器的优点，达到理想的设计效果。在谈到变压器的设计方法与技巧时，应该注意一下的几个方面的问题。

1.1 变压器截面积确定

一般情况下，要根据变压器使用时的总功率“P”来确定的铁芯的截面积。在使用时，负载能够保持恒定不变的，则可按照计算的理论值来选取铁芯所设计的变压器截面积。但如果负载，如功放电源、音频等变压器设备时，经常发生比较大的变化，则截面积的设定值应适当大于理论值，这样才能确保有足够的输出功率。

那么如何确定变压器的“P”值呢。首先，计算出使用时负荷的最大功率，然后根据使用情况估算出变压器在使用中需要输出的最大功率。特别是功放电路、音频变压器的电源变压器等。这些最大功率就是这些变压器的“P”值了。

1.2 每伏匝数的确定

变压器的匝数是由硅钢片的质量和铁芯截面积等两大重要因素决定的，通常从理论上计算出的每伏匝数是有较大余量的。但实际应用表明，将每伏匝数从理论设计的数值上减少5%～10%是更为合理的。如，一只额定功率为30W 的电源变压器，根据理论计算（采用8700高斯的中矽钢片）每伏匝数为7.0 匝，而实际使用时只需6.5匝/V就足够了了，且这样绕制的变压器空载电流也就在24m左右。

1.3 漆包线的线径确定

在不同的情况下，漆包线通载电流有着较大的差距，故线径的变化幅度也较大。一般根据负载电流来确定线径大小，变压器在额定的电流下连续工作时，其工作电流一般保持不变，当环境温度不是很高且变压器本身散热条件较好时，应按电流密度为2.5A/mm2选取漆包线的线经；但在环境温度比较高且散热条件不理想时，漆包线按电流密度2.0A/mm2选取线径。如果变压器连续工作时负载电流基本不变，但一般时段工作电流只有最大电流的1/2左右时，只需按照漆包线电流密度为2.5 A/mm2～3.0A/mm2来选取线径就可以了。

这样，既可保证变压器质量又可提高电流的利用效率，大大降低运行成本，达到理想的设计效果。

2 设计特点

间调式变压器的设计研究之所以引起人们的普遍关注，是因为具有以下显着优点：

1）该变压器较适用于一次电压为10kV～25kV、容量为20MVA及以下的变压器，当单机组容量大致15kV～35kV及以上时，可采用超高压一次直降至所需电压，就能大量节约变压器的型式容量及投资成本；

2）间调式变压器由于减少了变压层次，充分利用变压器的优点，一次电压应在35kV及以下，总的变电效率可提高2.2%～3.5%，同时可改善功率因数，三次回路电压的设计很好的体现了节能效果和节材；

3）该变压器在设计是添加了有载分接开关置于第三线圈，其额定电流、电压在实际应用时，不受电网电压的限制，再加上，第三线圈的最大通过容量只有额定输出容量的1/2，与采用独立的调压变压器相比，采用较小容量的有载分接开关，可大大减少其负担，具有更大的灵活性；

4）由于采用了同芯式线圈配置方式，在选择了合理设计参数时，即使变压器的调压范围大于了最高的40%，其阻抗电压仍维持合理的范围内；

5）电压通过等差级数调，简化了系统。总得来说，这种间调式变压器中磁感应强度的大大减小，将使漏磁通量减小，即使匝数不变，也将使电抗减小，从而短路电压也减小。这很好的减少了高频系统中的电压损失，此外，因为漏磁通量减小，也使变压器周围空间寄生磁电流场的强度大大降低，减小了维护工作量，降低了维护费用。

3 结论

将传统的主变高压绕组和调压绕组式自耦变压器改为由独立绕组回路组成的间调式变压器时，可大大降低相应损耗和有效减少材料消耗。要想设计出性价比较高的间调式变压器，只能选取截面积较大的铁芯而千万不能设计铁芯面积小的，但可适当减少每伏匝数，在选用漆包线规格时可根据实际应用的具体情况进行合理选择。最后根据实际应用和实践状况进行反复推敲、推算得出较为合理的设计结果。相信只有掌握变压器的设计方法和技巧，才能真正增加社会效益和企业效益。

[1]肖耀荣.电流互感器二次绕组排列及一次绕组出线方式与继电保护的关系[J].变压器，2009.

[2]秦家远.变压器中性点过电压保护综述[J].华中电力，2006.