大范围无励磁调压电力变压器采用高压绕组抽头结构的分析.pdf

第4 2 卷第 6 期 2 0 0 5 年 6 月 多 ff ff 7 .轰 八 y 肠旧 ! .% 资 V o l . 4 2 J u n e N o . 6 2 0 0 5 大范围无励磁调压电力变压器 采用高压绕组抽头结构的分析 谭文利， 谭琴军 ( 特变电工衡阳变压器有限公司， 湖南 衡阳 4 2 1 0 0 7 ) // 摘要: 举 妙 % 例 分 析 ‘了 大 范 围 无 励 磁 调 压 电 力 变 压 器 采 用 高 压 绕 组 直 接 抽 头 结 构 的 经 济 性 和 可 行 性 。 关镶词 一 : 寒 压器; 高 压绕组; 抽头 中 钾 分 类 号T M 4 0 2文 献 标 识 码 ， 色文 章 编 号 ， 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 5 ) 0 6 - 0 0 2 0 - 0 4 1 引言 对于常规无励磁调压土 2 x 2 .5 % 范围 的1 1 0 k 丫变 压器， 在设计时基本采用高压绕组抽头结构， 而对于 超过此调压范围的班 O k V级及以上的产品， 通 一常单 独设立调压绕组， 以获得好的安匝平衡， 减少轴向短 路力。 但器身辐向多一个高压绕组到高调绕组的空 道和调压的宽度， 铁心M o 增大。 尤其当高压绕 组为 D 联结时， 如 果采用端部 调压则调 压绕组与开 关级 间承受的电压梯度偏大; 如果采用中部调压则高压 绕组与调压绕组何的引线连接及绝缘结构都极为复 杂。 通过合理的设计在大范围无励磁调压电力变压 器中采用高压绕组直接抽头结构能降低成本，为企 业赢得更多利润。在产品的设计实例中我们进行了 比较。. 2 实例分析 该实例技术参数如下: 参考文献: [ 1 ]蒋光祖， 姜齐家. 单相感应调压器短路分析团. 变压器 2 0 0 3 , 4 0 ( 9 ) : 8 - 1 2 . [ 2 1蒋光祖. 三相感应调压器的负载运行分析[[J ] . 变压器 2 0 0 4 , 4 1 ( 4 ) : 1 一 O p e r a t i o n A n a l y s i s --o f S i n g l e P h a s e I n d u c t i o n V o l t a g e R e g u l a t o r ( 1 ) 牙j i a , J I A N G G u a n g -z u ( S h a n g h a i V o l ta g e R e g u l a t o r ,M a n u f a c t u r e C o .,L t d ., S h a n g h a i 2 0 1 1 0 7 , C h i n a ) A b s t r a c t : T h e o p e r a t i o n s t a t e o f s i n g l e p h a s e i n d u c t i o n c u r r e n t a n d _ i m p e d a n c e a re a n a l y z e d q u a n t i t a t i v e l y . T h e a n a l y z e d .r e g u l a t o r i sa naly a n d 一 v e c t o r g r a m s a r e i t s v o l t a g e , K e y w o 云 如:I n d u c t i o n v o l ta g e .V e c t o r g r a m r e g u l a t o r 主 W in d i n g ; 一卜 众r r e n t ; I m p e d a n c e ; d r a wn . T u rn r a t i o ; 收稿日期: 2 0 0 5 -03 - 1 1 作者简介: 姜齐家( 1 9 4 8 - ) ， 男， 设计工作; 湖南临澄人， 上海电压调整器厂副总工程师， 高级工程师， 长期从事感应调压器产品 蒋 光 祖 (( 1 9 4 2 - ) _, 男 ， 浙 江 慈 溪 人 ， 上 海 电 压 调 整 器 厂 技 术 与 国 际 合 作 顾 问 ， 高 级 工 程 师 ， 长 期 从 事 调 压 器 晶 闸 管 交 流 电 力 控 制 器 的 设 计 研 究 工 作 ， 井 从 事 机 电 类 产 品 国 际 合 作 工 作 。 第 6 期谭文利、 谭黎军: 大范围无励磁调压电力变压器采用高压绕组抽头结构的分析 f号: S F J 1 .0 - 6 3 0 0 0 / 1 1 0 容量比: 6 3 0 0 0 / 6 3 0 0 0 k V A 电 压 比 : ( 1 1 0 + 2 x 4 .5 5 % ) / 1 0 5 k V 联结组别: D y n l I 阻抗: 1 2 . 3 3 %( :t 3 %) 一 绝缘水平: L I 5 5 0 A C 2 3 0 / L I 7 5 A C 3 5 该变压器为三相双绕组结构 ，调压范围近 1 5 %。 一， 2 . 1 两种设计方案的经济性对比 2 .2 方案2 的绝缘加强结构措施 ( 1 ) 高压绕组来用跨四 段内 屏连续式， 屏线绝缘 取 3 .4 5 ; ( 2 ) 分接段采用连续与纠结的组合， 并合理选择 线规尺寸， 合理排列分布匝数， 尽可能地减少分接区 高度。 ( 3 ) 中断点设置垫块与纸圈的加强结构( 见图 2 ) ， 且中 断点上下相邻线段内 外设置 角环成型件。 J 尸 产 一 绕组排列如图 1 所示。 in !i 姿 图2 中断点的绝缘放里 F l g .2 I n s u l a t i o n s t r u c t u r e纽 p o i n t o f i n t e r r u p t i o n 采取以上措施可最大限度地改善电位的起始分 减少电压振荡，使绕组获得良 好的冲击电压分 布布 ( a ) 方案 1 F i g . 1 ( b ) 方案 2 圈 1 绕组排列 v ” . 山 叱 E LM此e m e n t - ( 1 ) 方案 1 : 采用带单独调压绕组结构 铁心直径6 7 5 m m， 净截面积S = 3 2 4 9 .5 0 e m 丁 匝 电势 E , = 1 2 3 . 7 2 V / 匝，磁通密度 B = 1 . 7 1 3 T ，铁心 M o = 1 3 5 0 m m ， 铁,C " 窗高H k = l 5 7 5 m r im ， 选用 3 0 Z H 1 2 0 硅钢片， 器身辐向7 0 0 m m o ( 2 ) 方案2 : 采用高压绕组抽头结构 铁心直径6 7 5 m m， 净截面积S = 3 2 4 9 .5 0 c m 2 ， 匝电 势E ,= 1 2 3 .7 2 V / 匝，磁通密度B = 1 .7 1 3 T ，铁心M . = I 2 5 0 m m ， 铁心窗高H k = 1 6 3 5 m m ，选用3 0 Z H 1 2 0 硅钢 片， 器身辐向6 0 0 m m 。两种方案主材比较见表t o 从表 1 可见， 采用高压绕组直接抽头结构， 铁心 M o 减少 1 0 0 m m，单台产品可节约成本近8 万元， 只 要保证好绕组的绝缘性能及受力状况， 方案2 就优 于方案 1 2 .3 机械力计算的结论 方案 2 经机械力计算的图形如图3 、 图4 所示。 图3 以 安匝 密度 为 纵坐 标。 图 中 大 写 英 文 字 母 表 示 高压线饼号， 以绕组高度为横坐标， 坐标清晰地表明 了在最小、 最大、 额定分接位置时的高低压绕组的安 匝分布。由于调压部分在高压中部， 在最小分接时， 调压部分未参加运行， 此时安匝分布最不好， 受力情 况最差。 从表2 、 表3 可见， 采用最小分接对径向力影响 不大， 但对轴向力影响很大。计算结果表明， 最小分 接轴向机械力几乎等于额定分接轴向机械力的两 倍， 因此， 应对夹件及拉板的强度作特殊考虑。我们 在选材上， 拉板采用低磁钢板2 0 M n 2 3 A 1 ， 夹件采用 钢板Q 2 3 5 B ， 并设置合理的加强筋， 保证夹件及拉 板的强度。 图4 是高、低压绕组的径向、轴向漏磁场分布 图， 该图以 绕组的 段数为纵坐 标， 漏磁场的大小为横 坐标。 轴向漏磁场反映径向力， 径向漏磁场反映轴向 Ta b l e 1 _ 表_ 1 技术经济指标对比 T e c h n i c a l a n d e c o n o m i c t a r g e t c o m par i s o n 指标 钢板质量 八g 硅钢片质量 / k g 导线质量 勺 油质量 戈 绝缘纸板质量 _ 彻 负载损耗 八 W 空载损耗 八 W 方案 1 1 4 5 0 02 8 7 3 81 1 7 7 02 75 4 03 5 0 02 1 7 . 8 6 3 4 .9 5 方案 2 1 30 0 02 8 2 0 01 1 1 0 02 60 0 0 32 0 02 1 7 . 13 4 . 6 单价/ 元 k g 5 . 74 34 75 . 82 5 ~ ~~ ~ ~ 奋 节约/ 元 8 5 5 02 3 1 3 43 1 4 9 08 9 3 2 7 5 0 0 合计节约/ 元 台 一 ， 8 5 5 0 + 2 3 1 3 4 + 3 1 4 9 0 + 8 3 9 2 + 7 5 0 0 = 7 9 6 0 6 力。从表3 可看出， 高压绕 组的最大轴向力在绕组中 部的调压段及 E段， 从图4 可看出高压绕组的最大径 向力在第 2 0 - 2 4段及第 5 05 4 段; 低压绕组的最大 轴向力在绕组中部， 最大径 向力在第 2 8 - 3 2段及第 6 87 2 段。 为加强低压绕组 2 2第 4 2卷 E HI H2 Ta b l e 3 654932 - - - R ‘51 一~ 衰3 最小分接轴向机械力和强度 FA R ~ 触回。 以f o r c e a n d s t r e n g t h加 . 山 n i mu m 加P F1 F 2 16998266493316 .日日图粥\侧脚图粥 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 7 5 0 9 0 0 1 0 5 0 1 2 0 0 1 3 5 0 1 5 0 0 绕组高度/ m m ( a ) 最小分接时 一 砂一 绕组线饼号 轴向力 / x 1 0 ` N 轴向强度 / x 1 0 ` N 安全 系数 位移 / mm ，、 “‘ 1 安全 系数 尤 什 仅 替 / mm 高压饶组 A9 0 . 4 62 7 5 . 2 13 . 以2 . 9 02 5 . 0 08 . 6 3 B9 5 . 8 63 0 5 . 7 93 . 1 93 . 1 82 5 . 0 07 . 8 7 C1 0 2 . 5 03 3 6 . 3 73 . 2 83 .4 52 5 . 0 07 . 2 4 E1 6 5 . 8 74 7 3 . 8 42 . 8 64 . 1 52 5 . 0 06 . 0 3 F 11 0 7 .4 64 0 0 . 9 5 。3 . 7 33 . 5 52 5 . 0 07 . 0 4 F 29 7 . 1 14 0 0 . 9 54 . 1 3 - 3 . 3 52 5 . 0 07 . 4 6 H11 3 1 .6 35 1 1 . 6 83 . 8 9 - 1 . 2 72 5 . 0 01 9 . 6 4 H21 5 2 . 1 65 1 1 . 6 83 . 3 61 . 3 12 5 .0 01 9 .0 5 低压绕组 L1 6 1 .4 24 5 0 . 3 62 . 7 9 - 4 . 3 62 5 . 0 05 . 7 3 根据以上计算结果可知， 方案2 的绕组在径向 和轴向上的安全裕度在最不利的短路情况下是可以 得到保证的。因此 我们采用方案2 0 65493216998266493316 ，昌图粼\侧扣图椒 1 5 0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 7 5 0 9 0 0 1 0 5 0 1 2 0 0 1 3 5 0 1 5 0 0 绕组高度/ m m ( b ) 最大分接时 1 6 5。 _‘ 右 ~乙 挂 1 4 ， 一r -es. . ， ， 孚 1 3 2 - _ _ 。 _ r - ! - - _ _ _ _ . _ 1 幕1 16 - . B r -d{}( 9 9 - f"r F 1 . t 七8 2 -.! 孟6 6 F‘! 思4 9- I 匡 句二:1 4 9j j “! 1 6= 1 H2 3 试验验证 方案 2的产品试验结果见表4 0 尸 -.--. ~」 ’一B AFZ 裹 4 试胜值 T a b l e 4Me a s u r e d V 目U e 巧0 3 0 0 4 5 0 6 0 0 7 5 0 9 0 0 1 0 5 0 1 2 0 01 3 5 0 1 5 0 0 绕组高度/ m m ( c ) 额定分接时 圈3 安匝分布圈 项 目 空载电流 八 W 空载损耗 八 W 负载损耗 八 W 限抗 / % 标准值 --0 . 33 52 2 0 . 71 2 . 3 3 设计值 0 . 1 23 4 . 62 1 7 . 11 2 . 3 5 实测值0 .砚 ) 6 3 3 . 7 52 1 9 . 2 1 51 2 . 3 F i g . 3 A m p e r e t u r n d i s t r i b u t i o n —高压绕组-一 低压绕组 承受辐向短路力的能力， 低压绕组采用半硬铜绕制， 且低压内撑条加倍。 所有绕组垫块采用T 4 纸板， 经 预 密化工艺制成，以 加强绕组承受辐向短路力的能 力。 4 _ 结论 只要绝缘结构及安匝排列合理， 适当增强变压 器抗短路能力， 大范围无励磁调压电力变压器采用 高压绕组直接抽头结构是可行的， 可以满足变压器 的性能要求。 衰2 最小分接径向机械力和强度 T a b l e 2 R a d i a l m e c h a n i c a l f o r c e a n d s t r e n g 恤 i n m i n i m u m t a p 绕组线饼号径向压力八 , t n m l压曲强度/ N " m w ` 安全系数环向应力/N-mm z许用应力八 . M M - 2安全系数 高压绕组 A- 4 1 . 13 3 . 51 0 02 . 9 8 B5 5 . 5 4 0 .8、 1 0 02 . 4 5 C6 7 .04 4 . 8 1 oo2 . 2 3 E8 9 . 3 4 7 . 61 0 02 . 1 0 F 1.6 6 . 8 4 2 .01 0 02 . 3 8 F 26 7 . 14 2 . 3 l 0 02 . 3 7 H10 . 0 0 H20 .阅 一 低压绕组 L- 6 . 2 4 巧5 . 22 . 4 9 第 6 期谭文利、 谭黎军: 大范围无励磁调压电力变压器采用高压绕组抽头结构的分析 2 3 印 撼嗽、 2 -刀 卜 1 - 1 砚 洲 洲 )0 5 的1 0 0 0 磁密/ x 1 0 T ( a ) 高压绕组径向磁场 磁密/ x 1 0 T ( b ) 高压绕组轴向磁场 1 0 0 1 oo 321 ， Y 60 解 级 印 创 叔 硒 一 1 心 x 幻 - 5 0 0 0 5 0 0 磁密/ x 1 0 - 4 T ( c ) 低压绕组径向磁场 - 2 0 0 1 】- 1 0 0 01 0 0 0 2 0 0 0 磁密/A1 0 T ( b ) 低压绕组轴向磁场 圈4 魏组盛场 WI n 山 此 画 小 M H V w i n d i n g ; T a p d i r e c t t a p s t r u c t u r e o f H V w i n d i n g a n a ly z e d . 收稿日期: 2 0 0 5 - 0 3 - 1 石 作者简介: 谭文利( 1 9 6 8 - ) ， 女， 谭黎军( 1 9 6 9 - ) ， 男， 湖南衡阳人 湖南衡阳人 ， 特变电工衡阳变压器有限公司工程师， 从事变压器设计工作; ， 特变电工衡阳变压器有限公司设计部长， 从事变压器设计工作。