主变压器选型优化
2016-05-05林彬
林彬
摘 要：分析比选了主变压器低压侧限制短路电流的3种方案，即主变中压侧分列运行方案、普通阻抗变压器加限流电抗器方案和高阻抗变压器方案，以期为相关单位的需要提供帮助。
关键词：变压器；短路电流；电网；阻抗
中图分类号：TM621 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.159
1 主变低压侧限制短路电流的方案比选
随着电力系统中电网建设规模的逐年扩大，短路电流逐渐增大。尤其是在新建的变电站中，短路电流过大常导致电气设备选型困难，进而增加了投资费用。如果系统发生短路时的电流为I1，则系统侧的阻抗Xd=U0/I1.变压器高、中、低三侧的阻抗分别用X1，X2，X3表示，则单台主变运行时的10 kV短路电流可用下式计算：
I3=U0/（Xd+X1+X3+XL）. （1）
2台主变110 kV侧并列运行时10 kV短路电流可用下式计算：
I3=U0/{Xd+1/[1/X1+1/（X1+2×X2）]+X3+XL}. （2）
此外，中压侧分列运行时与单台主变压器的运行情况相同，3台主变压器并列运行的情况依此类推。
由以上分析可知，可通过以下方式降低短路电流值：①110 kV母线采用分列运行的方式；②主变低压侧串接限流电抗器；③提升高压侧至中压侧的阻抗值。
在上述方式中，110 kV变电站由上一级220 kV站辐射状供电，而110 kV母线采用分列运行的方式会使110 kV线路形成单母线供电，与双母线接线方式相比，其可靠性低很多。因此，220 kV变电站的110 kV母线多采用双母线接线方式。如果220 kV变电站的最终规模为3台180 MVA主变压器，则会有2台主变在同一段母线上运行，而采用110 kV母线分列运行的方式仅能解决短时间内的短路电流问题，因此，不推荐采用该方式。
2 主变低压侧加装限流电抗器
对于采用普通阻抗变压器加限流电抗器限制短路电流的方案而言，需要设置3台容量均为180 MVA的变压器，系统侧提供的220 kV短路电流约为32 kA，干式空心限流电抗器的额定电流为4 000 A，电抗率为10%.
根据上述条件计算得出，主变10 kV侧分列运行时，限流电抗器前的短路电流值为65.69 kA，限流电抗器后的母线短路电流值为20.64 kA，可限制短路电流值为45.05 kA，限流率为68.58%.此时，对于10 kV母线及其配套设备的短路电流达到25 kA即可。
3 加装高阻抗变压器和进行分裂绕组
应在限制10 kV母线短路电流的同时，解决变压器近区短路故障影响变压器低压绕组的问题，而加装高阻抗变压器是一种很好的解决方案。此外，也可基于普通变压器的常规结构，通过调整铁芯直径和绕组参数或采取绕组拆分措施，增加绕组的漏抗，简称为分裂绕组方案。采用此方案可提高变压器阻抗的电压值，会有更多的漏磁通与一、二次绕组交链。而对于大容量的变压器，漏磁通会加剧零部件和绕组的损耗，并导致设备温度升高，
3.1 运行成本对比分析
加装高阻抗变压器的方案与分裂绕组方案的比较如表1所示。
由表1可知，加装高阻抗变压器的方案具有以下优点：①空载损耗较小，可降低约15%；②负载损耗较小，可降低约18%；③运行经济性较高；④可控制阻抗偏差，从而满足扩建站并联运行的要求；⑤极限分接阻抗波动较小，运行平稳；⑥结构简单、绝缘可靠性高。
在运行成本方面，变压器的年电量损失可通过以下公式计算：
Q=（P0+PKβ2）t. （1）
式（1）中：P0为变压器空载损耗，kW；PK为变压器负载损耗，kW；β为变压器的负载率，按70%计算；t为变压器年工作小时数，按8 760 h计算。
根据式（1），采用分裂绕组方案变压器的年电量损失Q1=3 624 888 kW·h，采用加装高阻抗变压器方案的变压器年电量损失Q2=3 021 324 kW·h，差值ΔQ=603 564 kW·h。按照江西地区工业用电电价0.65元/kW·h计算，采用加装高阻抗变压器方案每年节省的资金M≈39.2万元。按照变压器寿命为30年计算，在整个寿命期内，每年折现率按照8%计算，每年可节省资金441.3万元。
通过上述比较得知，内置电抗器的方案在运行和制作成本方面均优于分裂绕组方案。
3.2 变压器噪声对比分析
铁芯的磁致伸缩是变压器噪声的主要来源，而加装高阻抗变压器方案中电抗器的容量一般为4 MVar左右，只占主变容量（180 MVA）的2.22%，可通过增强机械夹紧力来解决电抗器的噪声问题。
3.3 变压器电压调整率对比分析
电压调整率是指一个绕组的空载电压及同一绕组在规定负载、功率因数之下的电压之差与该绕组空载电压的比值，通常以百分数表示。
4 结束语
本文比选了主变压器低压侧限制短路电流的3种方案，推荐加装高阻抗变压器的方案为本工程主变压器低压侧限流短路电流的主选方案。
〔编辑：张思楠〕
