感应滤波四绕组变压器及其滤波补偿装置分析

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1、感应滤波四绕组变压器及其滤波补偿装置分析摘要：为改善220kV变电站的电能质量，提出了一种基于感应滤波技术的四绕组变压器，相比传统三绕组变压器，其增加了一个具有零阻抗设计特征的附加滤波绕组.附加滤波绕组接配套的滤波补偿装置，此变压器能够高效抑制110kV和35kV负载侧的谐波，减小220kV侧的谐波电流.对比分析了几种较为常用无功补偿容量的分配方案，确定了采用配系数分配方法设计感应滤波四绕组变压器配套滤波补偿装置的优化方案，从而实现了滤波总电感最小的目的，保证了滤波补偿装置的经济性.利用PSCAD/EMTDC软件建立了感应滤波四

2、绕组变压器及滤波补偿装置的仿真模型.仿真结果表明，本文提出方案的滤波效果远远优于传统的三绕组变压器的滤波方案，具有良好的工程应用前景.中国4/vie　　关键词：四绕组变压器；感应滤波；无功补偿；滤波器设计；仿真验证　　中图分类号：TM402文献标志码：A　　变压器感应滤波技术不同于传统的滤波方式[1]，它充分利用特定次谐波频率下变压器的安匝平衡原理[2-5]，将非线性负载侧的谐波阻止于变压器的二次负载侧，防止其进入变压器网侧绕组，具备良好的谐波屏蔽效果；同时，感应滤波技术还能有效降低变压器的铁芯谐波磁通，改善变压器的电磁绝缘环境

3、[6].感应滤波技术已广泛应用在电解、化工、冶金等领域，应用效果良好.同时，随着新能源、电气化铁道的快速发展，导致某些220kV变电站的谐波含量超标，其110kV和35kV的负载侧都有较重谐波传入电网，谐波治理迫在眉睫.但是，直接在220kV侧治理是不现实的；分别在110kV侧和35kV侧治理，则需要安装两套�V波器，经济性差，也没有现实可行性.采用四绕组变压器感应滤波方案是较为有效可行的方法.感应滤波方案是在220kV之后，安装35kV滤波绕组（也可以为110kV，取决于滤波器成本），之后，才是110kV和35kV负载绕组，使

4、得两负载绕组的谐波与220kV绕组被滤波绕组隔离，所以，也称这种变压器为谐波隔离变压器.谐波隔离变压器有两套感应滤波组（三绕组变压器）：220kV绕组、滤波绕组、110kV绕组和220kV绕组、滤波绕组、35kV绕组.两套感应滤波组均要求满足感应滤波条件，即：感应滤波绕组等值阻抗趋近于零.经过仿真研究，感应滤波的方案比传统滤波方案好：传统方案无法同时保证35kV和110kV侧谐波负载的滤波要求，从220kV侧观察，就是谐波无法达标.而感应滤波方案，220kV侧谐波能够达标.最后，本文采用四绕组谐波隔离（感应滤波）变压器为对象，开

5、展滤波器优化设计研究.通过对比分析3种常用的无功补偿分配方案，选择了1/n分配方法设计，实现了滤波的经济性.　　1接线方式与滤波原理　　感应滤波四绕组变压器的绕组分布以及接线方式分别如图1和图2所示.感应滤波四绕组变压器相比传统三绕组变压器增加了35kV的滤波绕组，为了实现对中低压负载的谐波屏蔽，将滤波绕组置于220kV绕组和110kV绕组之间.感应滤波四绕组变压器实物如图3所示，目前工程样机已经完成出厂试验，各项指标均满足条件，样机正在现场安装调试.　　本文所研究的感应滤波四绕组变压器参数如表1所示.针对实际工作中含有主要次特

6、征谐波电流，感应调谐装置分别采用5，7，11和13次4条单调谐滤波支路.　　为研究感应滤波四绕组变压器的工作原理，建立了单相等值电路，如图4所示，其中所有变量均折算到变压器一次侧，其中W1，W2，W3，W4分别为220kV侧绕组，35kV滤波绕组，110kV侧绕组和35kV绕组的匝数；绕组电流分别为1，2，3，4；f为感应调谐装置中的电流.　　2基于感应滤波四绕组变压器的滤波器设计　　2.1确定无功补偿量　　2.2电容分配方案　　2.2.1等电容分配方案　　等电容分配方案是根据变压器中感应调谐装置所需的无功补偿容量，计算出相应的

7、电容C后将其4等分，分别用于5，7，11，13次滤波支路，这是常规滤波器设计的方法.Q5，Q7，Q11，Q13依次表示5，7，11，13次感应滤波调谐支路的单相无功补偿容量，得到：　　Q5=Q7=Q11=Q13=112Qc（12）　　C5，C7，C11和C13分别为5，7，11和13次滤波支路的电容，其值为：　　Cn=Qn/ωU2，n=5，7，11，13（13）　　L5，L7，L11和L13分别为5，7，11和13次滤波支路的电感，其值为：　　Ln=U2/n2ωQn，n=5，7，11，13（14）　　2.2.2等电感分配方案　　

8、等电感分配方案是将感应滤波调谐装置所需的无功补偿容量分配到5，7，11和13次滤波支路，原则就是使分配到4条支路的无功补偿容量所需的电感相等，然后再根据电感值计算出各支路所需要的电容.　　由于每相滤波装置中5，7，11，13次滤波支路上的电感值可以用相应的单相无