提高非晶合金变压器线圈抗短路能力设计

许建军 艾丽君 李金武 许钎 王亚钦 吕孝隆

[摘要]：本文针对提高非晶合金变压器线圈的抗短路能力设计，重点对线圈的漏磁平衡及安匝分布做详细设计。通过调节高低压线圈的辐向漏磁，有效降低短路后线圈安匝不平衡产生的轴向力。并通过计算软件算出漏磁及力的大小，得出合理的线圈结构。

关键字：非晶合金，抗短路能力，漏磁平衡，安匝

1.前言：

非晶合金配电变压器具有损耗低、空载电流小、节能、环保等优点备受国网，南网及广大用户青睐。但铁心对机械应力非常敏感，线圈为矩形结构，线圈与非晶铁心间不能过力撑紧，使其抗突发短路能力较差。国家电网公司公布的配电变压器抽检质量问题汇总中，通报处罚率最高的是非晶合金产品未通过抗短路。在这方面已有大量技术专业人员做了研究，有的提出绕制时层层刷环氧固化胶，提高线圈整体刚度。有的提出在铁心与线圈之间增加高强度的环氧玻璃桶作为线圈骨架。有的提出将高低压线圈用聚酯带整体打绑，但绕制工效和成本会增加。本文中笔者重点对线圈的漏磁平衡及安匝分布做详细设计。通过调节高低压线圈的辐向漏磁，有效降低短路后线圈安匝不平衡产生的轴向力。

2.非晶合金变压器线圈基本参数设计

设计案例选取广西配电网改造项目非晶合金配电变压器，主要性能参数如下：产品型号：SBH15-M-400/10;额定电压：10kV/0.4kV（高压/低压）;额定电流23.09A/577.4（高压/低压）;阻抗电压：4.0%;空载损耗：≤200W ;负载损耗：≤4520W。

选取线圈参数如下：高压线圈为17层，总匝数为772匝，每层匝数为46匝，最后一层匝数为36匝，漆包铜扁线厚度1.56mm，高度为3.62mm。低压线圈为17层，总匝数为17匝，每层匝数为1匝，导线规格为厚度1.05mm，高度为185mm的铜箔。

3.线圈安匝布置设计

3.1 抗短路能力试验简述

根据GB/T 1094.1中规定：配电变压器短路试验须分别在最大分接档，主分接档和最小分接档上进行，每档试验次数为3次，三相试验次数为9次，每次试验时间为0.2S。因此每一档的安匝平衡都必须在线圈设计中考虑到。

3.2 线圈安匝设计

如下图1所示：将高压线圈的分接抽头分为两个部分：第一部分与线圈的基本匝数（最小分接挡）相连;第二部分改变线圈绕向，使每挡与第一部分线圈档位的匝数相对应。

1）当变压器运行在额定挡时，X4与X5抽头相连。X2—X4抽头之间的匝数与X3—X5抽头之间的匝数不流经电流。第一部分第16层上半部没有安匝力，第二部第17层下半部分没有安匝力，且高度完全相等，两层相互补偿漏磁，平衡安匝。

2）当变压器运行在最小电压档时，X6与X7抽头相连。X2—X4抽头之间的匝数与X3—X5抽头之间的匝数不流经电流。X4—X6抽头之间的匝数与X5—X7抽头之间的匝数不流经电流。第一部分第16层上半部没有安匝力，第二部分第17层下半部分没有安匝力，形成了相互补偿，且高度完全相等，两层相互补偿漏磁，平衡安匝。

3）当变压器运行在最大电压挡时，X2与X3抽头相连。X2—X4抽头之间的匝数与X3—X5抽头之间的匝数都流经电流。X4—X6抽头之间的匝数与X5—X7抽头之间的匝数都流经电流。电抗器高度分布非常均匀，安匝平衡。

4.线圈水平（辐向）漏磁计算与分析

上图2横轴为漏磁量（GS），轴向为线圈轴向高度（mm）。可以看出高压第17层水平磁场曲线沿线圈轴向中心对称分布。在第17层可以最大电压档，额定档，最小电压档漏磁曲线均沿轴向中心对称分布的。最大值为125GS，最小值为-165GS;且通过短路力计算高压线圈的合成轴线短路力在最大分接位置为向下0.2455kN， 在最小分接位置为向下0.2702kN，在额定分接位置为向下0.2769kN;低压线圈的合成轴线短路力在最大分接位置为向上0.1594kN， 在最小分接位置为向上0.1789kN，在额定分接位置为向上0.1789kN。

结论：

本文重点以非晶合金产品SBH15-M-400/10为实例进行线圈安匝设计，对线圈的漏磁平衡及安匝分布做详细设计。从原理上设计线圈各层电抗高度完全相等，两层相互补偿漏磁，从而达到平衡安匝的目的。通过漏磁场及短路力技术软件得出高低压线圈水平曲线漏磁场分布图，得出结论：高、低压各层在最大电压档，额定档，最小电压档的漏磁均是沿轴向中心对称分布的，向线圈內侧的漏磁与向外侧的在数值上基本对称分布。最后通过短路力计算高、低压线圈的合成轴线短路力的数量级非常小。

参考文献

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