分裂變壓器的特點及運行

分裂變壓器的特點及運行分裂變壓器正廣泛運行于大型火電廠的廠用變壓器和水電廠的升壓變壓器中。對分裂變壓器特點和運行特性作了介紹。

關(guān)鍵詞：分裂變壓器；特性；運行

隨著電力工業(yè)的發(fā)展，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量日趨增大，從而使廠用負(fù)荷增加，要求其廠用變壓器的容量增大。同時，由于目前一般都采用輕型的廠用斷路器，出于安全和經(jīng)濟(jì)上的考慮，又要求廠用容量，特別是短路容量要小，廠用接線盡可能的簡單可靠，為了減少短路電流，合理地選擇輕型電器，可選擇計算阻抗較大的接線和運行方式，在發(fā)電廠廠用電接線中，廠高變采用低壓分裂繞組變壓器，由于分裂繞組變壓器在正常和低壓側(cè)短路時其電抗值不同，從而起到限制短路電流的效果。

在國外，從40年代末期就開始研究和制造這種分裂線圈變壓器。根據(jù)國外運行經(jīng)驗，采用分裂線圈變壓器以增大變壓器的阻抗值，是限制短路電流切實可行的方法，而且在經(jīng)濟(jì)上也是合理的。所以國外目前已經(jīng)得到普遍推廣，有的國家已定出國家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行系列成套生產(chǎn)。英國已制造出容量為880MVA的三相分裂線圈變壓器，作為水電站的升壓變壓器用。所以三相分裂線圈變壓器不僅可以作為廠用變壓器，也可作為主變壓器。

目前分裂線圈變壓器在我國已開始生產(chǎn)和應(yīng)用，在某些發(fā)電廠和變電所已采用分裂線圈變壓器作為主變壓器，不少大型發(fā)電廠中采用分裂線圈變壓器作為廠用變壓器。由于這種變壓器的運行時間還短，運行經(jīng)驗較少，同時我國還沒有系列生產(chǎn)這種變壓器。以廠用電供電為例，說明其三繞組分裂變壓器的特點以及對系統(tǒng)運行的影響。1三相分裂繞組變壓器的特點

分裂變壓器是多繞組變壓器中的一種特殊形式，和普通多繞組變壓器不同點在于：它的低壓繞組中有一個或幾個繞組分裂成額定容量相等的幾個支路，這幾個支路沒有電氣上的聯(lián)系，而僅有較弱的磁的聯(lián)系。在電力系統(tǒng)中，用得比較多的是雙繞組雙分裂變壓器，它有一個高壓繞組和兩個分裂的低壓繞組，分裂繞組的額定電壓和額定容量相同，它們的總?cè)萘康扔谧儔浩鞯目側(cè)萘俊?/p>

低壓線圈分裂后，可以大大地增加高壓線圈與低壓線圈各分裂部分之間，以及低壓線圈分裂后的各部分之間的短路阻抗值，這對限制網(wǎng)絡(luò)的短路電流，節(jié)省建設(shè)投資與占地面積有著一定的實際經(jīng)濟(jì)意義，因而分裂變壓器正在電力工業(yè)中被廣泛采用。分裂變壓器與普通變壓器，按其結(jié)構(gòu)看，幾乎沒有什么區(qū)別,其區(qū)別僅僅是在各鐵芯柱上的低壓圈線本身，沒有串聯(lián)或并聯(lián)而將其始端和終端各自引出，無論采取哪種結(jié)構(gòu)方式，其分裂的二次繞組之間磁的耦合是比較弱的，因此，對分裂變壓器的基本要求是：

1)低壓繞組線圈分裂的幾個部分與高壓線圈的絕緣結(jié)構(gòu)，要求有足夠的電氣強(qiáng)度；

2)低壓線圈每一部分與高壓線圈之間的阻抗值要相等；

3)使用時，低壓線圈的每一部分可分別接到發(fā)電機(jī)或電動機(jī)上，且可同時運行，也可單獨運行，具有相同額定電壓的分裂線圈可以并聯(lián)運行；

4)結(jié)構(gòu)要簡單，盡可能接近無分裂線圈變壓器的結(jié)構(gòu)。

當(dāng)然，分裂變壓器比起普通(無分裂)變壓器(在相同容量、電壓等級、調(diào)壓范圍及級數(shù)，總損耗和短路電壓等情況下)相比,材料消耗較多(包括硅鋼片、線圈用銅〈鋁〉量等),從而使變壓器的成本有所增加。2分裂變壓器的等值電路和主要參數(shù)

三繞組分裂變壓器可以當(dāng)作三線圈普通變壓器來討論，所以它的等值電路用一般的星形等值電路來表示，如圖1所示。

圖中每個電抗分別為：XC＝(XKCA＋XKCB－XKAB)／2XA＝(XKCA＋XKAB－XKCB)／2

(1)XB＝(XKCB＋XKAB－XKCA)／2

上式中，XKCA、XKCB、XKAB分別為兩個線圈之間的短路阻抗，其中低壓的兩個分裂線圈之間的短路電抗XKAB又稱為分裂電抗。

根據(jù)對制造分裂變壓器的基本要求,低壓的兩個線圈A和B對于高壓側(cè)線圈C應(yīng)該是相等的,因此得出：XKCA＝XKCB

(2)

將公式(2)代入(1)式得：XC＝XKCA－XKAB／2

(3)XA＝XB＝XKAB／2

(4)

當(dāng)兩個低壓線圈A和B并聯(lián)時，得出分裂變壓器的穿越電抗XD(相當(dāng)于普通變壓器的短路電抗)為：XD＝XC＋XA／2＋XKCB－XKAB／4

(5)

若將上式和(3）式合并可得：XC＝XD－XKAB／4

(6)

XA＝XB＝XKAB／2

(7)

當(dāng)兩個低壓線圈A和B負(fù)荷相等或并聯(lián)運行(相當(dāng)于一般雙線圈變壓器)時，分裂電抗XKAB和穿越電抗XD之比稱為分裂變壓器的分裂系數(shù)KP，即：KP＝XKAB／XD

(8)

分裂系數(shù)KP是分裂變壓器的主要參數(shù)，若將公式(8)代入(6)和(7)式，可得到下列公式：XC＝(1－KP／4)XD

(9)XA＝XB＝KP／2XD

(10)

由此可見，依據(jù)分裂系數(shù)和穿越阻抗就可以簡單地求出等效電路中各個參數(shù)。例如：某分裂變壓器的分裂系數(shù)為3.5，穿越電抗XD＝8%，由式(9)、(10)立即可以算出：XC＝1%、XA＝XB＝14%。

在一般情況下，分裂系數(shù)KP的數(shù)值在0～4之間，由分裂成兩部分的低壓繞組的相對位置來決定。分裂系數(shù)KP的具體數(shù)值則根據(jù)變壓器正常運行狀態(tài)及事故狀態(tài)的要求來選取。

當(dāng)KP＝4時，繞組A和B之間磁的聯(lián)系最弱，由式(9)及式(10)可見，此時XC＝0、XA＝XB＝2XD，此時等效電路簡化為圖2(A)所示，猶如兩臺獨立的雙繞組變壓器一般，繞組A的負(fù)荷變化，只會引起繞阻A本身的端電壓的變化，而對繞組B的端電壓沒有任何影響，反之亦然。

當(dāng)KP＝0時繞組A和B之間的聯(lián)系最緊密，同時由式(9)、(10)可得ZC＝ZD、ZＡ＝ＺD＝0，猶如一臺普通雙繞組變壓器一般，繞組A的端電壓就是繞組B的端電壓，這時的等值電路圖如圖2(B)所示。

一般情況下，0＜KP＜4，繞組A和B之間有一定的磁的聯(lián)系，等值電路如圖2(C)所示。是為正常的分裂變壓器。圖2不同KP值時的分裂變壓器等值電路3廠用變壓器采用分裂變壓器后的運行特性

由于分裂變壓器阻抗值較大，因此作為廠用變壓器后，可以帶來一些運行上的好處。下面分幾個方面來討論。

1)降低廠用母線上的短路電流，減少對電氣設(shè)備的短路沖擊。

在廠用母線短路時，沖擊電流包括兩個部分：一是通過廠用變壓器送來的短路電流IK1；二是廠用電動機(jī)的反饋短路電流IK2，由于分裂變壓器的電抗值XD比普通變壓器增大了(電抗值XD隨著分裂系數(shù)KP的增大而增大)，短路電流IK1將隨著KP的增大而減小，可見KP對限制短路電流有著顯著的影響，當(dāng)KP＝4時，IK1可比普通變壓器減少一半；而對于廠用電動機(jī)的反饋短路電流IK2，由于一個廠用母線上所接電動機(jī)減少一半，因此供給的短路電流IK2亦減少一半。所以，采用廠用分裂變壓器以后，廠用母線上的短路電流將顯著減少，從而對廠用母線上的電氣設(shè)備的短路穩(wěn)定性有較大好處。為了保證最大的經(jīng)濟(jì)效益，在選用廠用電氣設(shè)備時，不但可以選用輕型斷路器，還可以降低短路電流對廠用母線、電纜、CT的熱穩(wěn)定性。

2)減少廠用母線電壓的波動

目前設(shè)計的廠用電系統(tǒng)一般均是照明和動力混合的供電系統(tǒng)，由于分裂變壓器的電抗值XD比相同容量普通變壓器高，再加上兩分裂線圈相對獨立，相互間基本上沒有影響，所以電壓穩(wěn)定性比普通變壓器好。

3)有利于廠用電動機(jī)成組自起動。①一個分段上的電動機(jī)成組自起動，主要取決于分裂系數(shù)KP。當(dāng)KP＝0時，允許自起動的電動機(jī)容量和同容量的普通變壓器相同，即：整個變壓器的自起動容量比同容量的普通變壓器增加一倍；當(dāng)KP＝4時，整個變壓器的自起動容量比同容量的普通變壓器相同。由于分裂變壓器的分裂系數(shù)4≥KP≥0之間，所以廠用電動機(jī)成組自起動的能力比同容量的普通變壓器好。②兩個分段上的電動機(jī)同時成組自起動時,由于分裂變壓器的短路阻抗比同容量的普通變壓器約小1.5倍，所以自起動容量將增加1。5倍。③一個分裂繞組上短路時，另一個分裂繞組上能夠維持允許的最低電壓水平。

按有關(guān)規(guī)定：高溫、高壓電