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1、降压变压器短路阻抗对性能参数的影响及选取原则穆广祺1,郭西功2(1.山西省电力公司 山西 太原 030031;2.ABB中国有限公司济南代表处 山东 济南 250011) 变压器是应用电磁感应原理来变换系统间的阻抗匹配和功率分布关系的,是由导电线圈和导磁铁心材料组成的电器元件。由于一次绕组和二次绕组均有一定的空间尺寸,且任何导电体都有一定的电感,因此,变压器一、二次侧不可能实现完全的电磁耦合。在铁心线性范围内(铁心未发生饱和时),这种不完全耦合表现为漏电感,可以用一接近纯感性的阻抗表示,通常称为短路阻抗。 变压器绕组自身或绕组之间由于短路阻抗的不同,使得在不同负荷时：①其一、二次
2、侧实际电压比与额定变比不同;②内部的无功损耗不同;③输出电压在输入电压不变的情况下存在一定波动范围(电压调整率);④绕组的杂散损耗受到影响;⑤无论外部或内部发生短路,短路电流会有明显不同。总之,短路阻抗的存在利弊参半,合理地选择短路阻抗,对满足经济可靠的性能要求、确保其所连接各系统的安全运行,有十分重要的意义。 1短路阻抗的现行标准及存在的问题 如前所述,从降低变压器电压调整率和减少内部的有功、无功损耗方面考虑,变压器的短路阻抗宜尽可能小;而为降低短路电流和控制变压器各侧系统的短路容量,变压器的短路阻抗宜适当增大。鉴于这两方面的原因,国家标准中对各类变压器的短路阻抗作了规定,即在
3、尽量满足电压调整率的条件下,主要依据各电压等级系统的最大短路容量来确定变压器短路阻抗。各电压等级降压变压器的标准短路阻抗(一般以阻抗电压表示)如表1所示。表1 各电压等级降压变压器的标准短路阻抗 ％名称220kV 110kV 35kV 10kV 三绕组双绕组三绕组双绕组双绕组双绕组高压对中压％12～14 10.5 高压对低压％22～2412～1417～1810.56.5～84～5.5中压对低压％7～9 6.5 目前国内各变压器制造厂基本上是按以上标准进行设计制造的,除个别类型不能满足低压侧并列运行的条件外,基本上符合电力系统各种正常
4、运行方式的要求。 然而,80年代后期特别是进入90年代以来,变压器因低压侧外部短路造成事故损坏的数量明显增多,据不完全统计约为占全国变压器事故总数的50％,且短路损坏的变压器大多数为110kV级双绕组变压器。为何会出现这种情况呢？本文作者通过分析比较认为,概括起来有以下几方面的原因： (1)80年代以前我国电力系统网架薄弱,系统短路容量较小,且系统中的变压器多为三绕组变压器,容量较小,变压器高低压间短路阻抗较高,短路电流因而较小,未能对变压器动稳定性能造成威胁; (2)80年代后期大量双绕组变压器投入电网运行,其单台容量大、短路阻抗低,且系统网架逐渐加强,短路电流明显增加,变压
5、器受到的冲击成倍增长; (3)变压器设计制造中对动稳定问题认识还不十分清楚,动稳定计算的数学模型尚需完善和校验,制造及装配工艺仍与动稳定性能要求有矛盾; (4)尽管设计制造中有关的性能参数均是按系统满容量时短路2s的要求制订的,但与实际运行中相对较小的短路电流、较短的短路持续时间以及较多次数的短路冲击要求相比,由于没有大量的实物验证,二者的等效性如何,变压器动稳定性能是否满足设计要求,仍有待进行深入的研究。 2变压器制造方面存在的问题 就变压器制造厂家而言,近年来对变压器承受短路时的动稳定性能的研究一直未停止过,也取得了一些成果。如建立了绕组径向及轴向机械失稳的数学模型,采取
6、了多项工艺改进措施以减小安匝不平衡和增加机械强度等。然而,因材料机械性能及绝缘结构方面的限制,特别是变压器制造工艺过程基本上为手工操作这一制造因素的影响,使得变压器成品间的工艺分散性相对较大,要完全满足设计的机械强度要求有相当大的难度。这就造成不同厂家或相同厂家的同型号的不同成品之间的动稳定性能差异较大。此外,由于变压器设计中采用的动稳定机械强度设计计算公式基本上为经验公式,未经过实际物理真型的验证,即使有部分产品可以通过实际运行检验,但由于制造分散性的影响,在其机械强度方面也不能保证有足够的安全裕度。 既然按国标制造出的变压器在机械性能上无法满足现场运行的要求,那么,能否对有关标
7、准作一些调整,使其动稳定性能有明显提高且又能保证其经济性、工艺性、成本和运行性能指标均满足要求呢？以下就此问题予以简明的分析。 3变压器短路阻抗的选取原则 一般而言,变压器高压侧系统(电源侧)短路容量多为变压器额定容量的几十倍到上百倍,从考核变压器动稳定性能的角度讲,系统短路阻抗多数情况下对其短路电流的影响可忽略不计。所以可以认为其短路阻抗的选择直接影响其短路电流的大小和动稳定性能的高低。这样一来,要确保其动稳定性能,限制短路电流就成了第一位应考虑的因
