缩小大范围调压整流变压器阻抗变化的方法

符以平 吴华林 易梅生 梁建宇

（特变电工衡阳变压器有限公司，湖南衡阳421007）

0 引言

融冰变压器作为移动式救灾设备，需要最大限度地为各种容量、各个不同距离的电力线路提供应急融冰服务，其负载呈现出多种容量和多种电压组合的要求，且往往高电压与大负载电流同时出现。因此，其负载特性与普通电力变压器完全不同，这就决定了融冰变压器必须具备大范围调容和宽幅调压的特性，其最大容量与最小容量，最大负载电压与最小负载电压之比可达数倍。融冰变压器无法也没必要采用有载调压的结构型式。从经济性及合理性的角度考虑，融冰变压器一般采用二次侧无励磁调压，输出多种电压。

1 改进前的短路阻抗

1.1 性能参数及绕组排列

一台实际的融冰变压器，型号为ZSS-119670/35，二次电压为6级，二次恒电流，因此容量也分为6级，具体如表1所示。

该变压器的绕组结构排布如图1所示，低压绕组由多段串联，排布于一次绕组的一侧，低压绕组依次切除1、2、3、4、5段可得到1～6档的电压，为使6档阻抗电压与1档阻抗电压差距相对较小，将低压绕组1～6与高压绕组的位置距离按由近及远依次排列。

表1 ZSS-119670/35具体参数

图1 传统方式下的绕组排列示意图

1.2 改进前的短路阻抗计算及实测值对比

从表1中漏磁磁势变化来看，第一档最大，为258 480安匝，第六档最小，为93 340安匝，两者比为2.77倍。而这是由变压器性能参数所决定的，是无法改变的常数。要使变压器阻抗参数随档位变化趋缓，唯一可做的调节只能是结构设计上使第六档至第一档的漏磁面积由大到小，起到尽可能抵消磁势变化趋势的作用。

本变压器第一档时，低压绕组全部载流运行，根据漏磁面积计算公式，代入相应数值计算得

第一档漏磁分布示意如图2所示。

图2 H-L1时漏磁组分布图

本变压器第六档时，低压绕组仅剩最靠铁芯的2层载流运行，根据漏磁面积计算公式，代入相应数值计算得：∑D=841.23。

第六档漏磁分布示意如图3所示。

综合计算及实测的极限档位阻抗结果：

（1）1档阻抗：计算值16.58%，实测值16.04%；

（2）6档阻抗：计算值8.85%，实测值8.03%。

从上述结果可以看出，通过低压绕组的这种排列，一定程度上均衡了变压器随档位和容量变化即相应的漏磁磁势变化所带来的阻抗变化，最大档阻抗约为最小档阻抗的2倍。

但是，变压器阻抗偏大，必然造成无功功率消耗偏大，使变压器电压调整率变大，功率因数降低，变压器的使用效率受到影响。为此，客户提出了进一步均衡各档位阻抗的要求。

2 改进后绕组排列及短路阻抗计算

2.1 改进后的绕组排列及原理分析

分析结果显示，要实现调节阻抗的目的，唯有从改变变压器漏磁结构调整漏磁面积着手。我们知道，变压器的漏磁面积还受漏磁组数的影响。前述的方案是一个漏磁组结构，如果把低压绕组分成两大部分，分别置于高压绕组的内外侧，就构成了两个漏磁组结构，下面我们来分析计算这种结构的阻抗情况。为了使改进前后的效果具有可比性，高低压绕组的线规、各层结构绕组的幅向、高度、绕制结构均不作改变。

图3 H-L6时漏磁组分布图

改进后的变压器绕组排布如图4所示，低压绕组1、2、3档绕组段放在高压绕组的内侧，低压绕组4、5、6档绕组段放在高压绕组的外侧，1、2、3档时，变压器依次切除低压绕组的0、1、2段，高压绕组内外都有低压绕组，是两个漏磁组，从第4档开始，变压器内侧的1、2、3段低压绕组全部切除，仅剩外侧部分，构成一个漏磁组结构。其中，高压绕组HV1、HV2两部分的宽度比等于高压绕组内外侧的低压绕组匝数比。

图4 改进后的变压器绕组排列示意图

2.2 改进后的短路阻抗计算

第一档运行时，低压绕组全部载流运行，根据漏磁面积计算公式，代入相应数值计算得：

第一档漏磁分布示意如图5所示。

图5 第一档时漏磁组分布示意图

第六档运行时，低压绕组仅最外2层载流运行，根据漏磁面积计算公式，代入相应数值计算得：∑D=658.11。

第六档漏磁分布示意如图6所示。

结构改进前后各档位的阻抗计算结果如表2所示。

从上面的计算结果可以看出，通过改变变压器的漏磁组数，可以显著将最大的第一档的阻抗由16.04%调整到6.46%，使最大阻抗变为第四档的9.5%，阻抗变化范围变成了6.46%～9.5%，是35 kV级变压器的常用阻抗区间。

3 结语

对于恒磁通、多级大范围调压且伴随大幅度容量变化的融冰变压器，容量增加对阻抗增大有着巨大而关键性的影响，通过绕组漏磁结构的排布调整，可一定程度上抑制阻抗的增加，但难以根本性改变阻抗随容量变化大幅增加的趋势，难以达到变压器高效运行的理想状态。而改变变压器的漏磁组数量，可以完全调整变压器阻抗变化的趋势，使变压器阻抗变化区间达到可接受的状态。上例变压器阻抗的值还可以通过绕组漏磁高度和宽度的调整在一定范围内优化，使变压器的运行达到用户满意的效果。

图6 第六档时漏磁组分布示意图

表2 结构改进前后各档位的阻抗计算结果