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变压器新闻

逆斯考特变压器的设计
发布日期：2009-04-13

目前，我国电气化铁路牵引变电站大多采用专用的牵引变压器将三相电力系统的电能传输给两个各自带负荷的单相牵引线路，这两个单相牵引线路分别给上下行的电力机车供电。线路电压三相侧为１１０ｋＶ，两相侧（即牵引线路对轨道电压）为２７．５ｋＶ。牵引变压器种类很多，斯考特联结的变压器是其中的一种，京秦线从国外引进了此种变压器。１原理简介斯考特联结的变压器通常是由两台单相变压器组成的。将一台变压器一次绕组的末端联结到另一台变压器一次绕组的中央，便可组成Ｔ形联结的三相一次绕组。这样联结的两台单相变压器便可用作三相变两相的变压器。这两台单相变压器，前者称为梯塞（Ｔｅａｓｅｒ）变压器，简称为梯变或Ｔ变，后者称为主（Ｍａｉｎ）变压器，简称为主变或Ｍ变。逆斯考特变压器是将其两单相电源对应接至斯考特变压器两单相电源或其他的相位相差９０°的两单相电源上，即将站内牵引变压器二次输出的２７．５ｋＶ的两相电源变换为三相对称电源的变压器。２设计要点本次设计的产品技术参数为：额定容量：SN＝２５００ｋＶＡ;额定电压比为：２７．５±２×２．５/１０．５ｋＶ;空载损耗：４２５０Ｗ;负载损耗：２３０００Ｗ;空载电流：１．１％;短路阻抗：６．５％。通常此种变压器是由两台单相变压器联结起来的，但在联结以后这两台变压器的电流、电压与容量的关系和两台独立变压器有不同之处，所以在设计中应加以特别注意。２．１结构设计及工艺措施２．１．１铁芯结构铁芯结构有两种：一种是由两台独立的单相变压器铁芯组成的双铁芯结构，其芯柱和轭柱截面相同，这种结构比较简单。由于其互不影响，所以设计的自由度较大。其缺点是两个器身安装尺寸较大，导致箱体尺寸也增大，整体结构不紧凑，占地面积大。国外进口的同类产品多为此结构。另一种是单铁芯三柱式结构，其两个边柱和轭柱截面相同。主变和梯变的高低压线圈分别套装在这两个边柱上，中柱不套线圈，仅作为共用的磁路。通过它的磁通为主变的磁通φｍ和梯变的磁通φｔ的矢量合成。因为两矢量互相垂直成９０°，其合成值即为■倍φｍ或φｔ，所以中柱的截面应取为边柱截面的■倍左右。由于中柱不套装线圈，所以该结构硅钢片用量较大。但其整体结构紧凑，安装尺寸小，占地面积也随之减些另外由于受铁芯结构限制，绕组设计的自由度较小，特别是要求主梯变阻抗匹配，因此设计的难度较大。本次设计采用单铁芯三柱式结构，边柱采用多级圆截面，中柱采用多级椭圆截面。中柱也可以采用矩形截面，但工艺性不如前者好。铁芯整体为４５°全斜接缝四步进搭接拉螺杆结构，采用钢拉带夹紧方式，有效地降低了空载损耗和空载电流，使其达到了设计要求。２．１．２绕组结构该变压器设计的关键就在于绕组部分，特别是主变低压绕组的结构设计。既要使主变和梯变的阻抗匹配，又要使梯变低压电流流经主变低压两半绕组时产生的电抗压降尽量小，即要使其两半绕组之间的漏磁通最小，否则主变低压绕组将对该电流起扼流作用，这将导致三相电压的明显不对称。为了提高主变低压两半绕组之间的电磁耦合，减小漏磁通，通常采用的绕组结构有：一是圆筒式曲折串接的一次绕组；二是圆筒式并联连接的一次绕组；三是二次绕组并联连接；四是采用附加绕组等。后两种方法的主要缺点是增加铜耗和用铜量，经济性较差，同时由于是通过间接的方法去削弱漏磁通，效果也不好。本次设计主变低压绕组采用圆筒式曲折串接的方法。把绕组分成四部分，每一部分匝数相同，然后按图曲折串接起来。当梯变低压电流 Iａｓ从Ｓ点流入主变低压两半绕组时，形成两对漏磁组，磁势互相平衡。在结构上采取措施，减小它们之间的距离，阻抗高度要尽量相等。这样使得两半绕组之间耦合紧密，漏抗很小，平衡效果也好，同时也减小了附加损耗。其余绕组也采用了圆筒式结构。圆筒式绕组绕制简单，散热性能好，特别是雷电冲击性能好，电压分布均匀，但机械强度较差。在设计中采用了加强措施使其满足设计要求。如采用硬酚醛纸筒作端部绝缘，加强端部和线圈外部的绑扎等。其余部分结构的设计如器身绝缘、油箱等与普通双绕组电力变压器相同，这里不再赘叙。产品整体结构设计在满足多方面要求的情况下力求体积小，布局合理，简单大方，外形美观。２．２性能参数的计算２．２．１电压和电流及容量计算参看原理图１所示：电压关系：Uα＝Uβ＝UＧ Uａｓ＝■Uｂｃ＝■UＤ Uｂｃ＝UＤ电压比：Ｋ＝ UＧ/UＤ匝数关系：Wα＝Wβ＝WＧ Wａｓ＝■Wｂｃ＝■WＤ Wｂｃ＝WＤ匝数比：Ｋ＝ WＧ/WＤ电流关系：Iα＝Iβ＝IＧ Iｂｃ＝■IＤ（自身电流） Iａｓ＝Iｓｂ＝Iｓｃ＝IＤ主梯变高压容量：PＧ＝ UＧIＧ梯变低压容量：PＴＤ′＝■UＤIＤ＝UＧIＧ＝ PＧ 主变低压自身容量：PMD＝■UＤIＤ＝ PＧ主变低压结构容量：PＭＤ＝ UＤIＤ＝１．１５５PＧ 从上面公式可知：高压绕组的容量与同容量的普通单相变压器相同，但主变低压绕组的结构容量比同容量的普通单相变压器大１５．５％。所以主变的结构容量比同容量的普通单相变压器大７．７４％，而梯变的结构容量与同容量的普通单相变压器相同。整个组合的结构容量比电气容量大３．８７％。２．２．２每柱容量的计算铁心采用的是三柱式结构，中柱不套装任何绕组，边柱分别套装主变和梯变的高低压绕组，所以每柱容量等于主变或梯变的电气容量即总容量的一半。２．２．３电抗计算这种结构变压器的电抗计算在设计手册中没有现成的公式，需要自行推导，这里采用相对漏磁链法做一简单推导，以供参考。斯考特联结的变压器电抗分为主变电抗UＸＭ和梯变电抗UＸＴ。主变的电抗就是主变高低压绕组之间的电抗。梯变的电抗包括两部分：主要部分是梯变高低压绕组之间的电抗，另一部分是梯变低压电流流经主变低压两半绕组时产生的电抗。设计要求主变和梯变的阻抗匹配，即ＺＫＭ＝ＺＫＴ，所以计算时应尽可能使其电抗值UＸＭ＝ UＸＴ。２．２．３．１主变电抗主变电抗磁势分布如图３（ａ）所示。磁势平衡方程式： IＧWＧ－■IＤWＤ－■IＤWＤ＝０ 基准磁势： IW＝IＧWＧ＝■IＤWＤ相对磁势：A1＝IＧWＧ/IW＝１ A2＝■IＤWＤ/IW＝■ 等值漏磁面积：SA＝■a1RP1＋a12RP12＋■a2RP2＋■a23RP23＋■a3RP3 主变绕组电抗：UXＴ＝■×10-4 ２．２．３．２梯变电抗（１）梯变高低压绕组之间的电抗磁势分布如图３（ｂ）所示。磁势平衡方程式： IＧWＧ－■IＤWＤ＝０基准磁势： IW＝IＧWＧ＝■IＤWＤ相对磁势：Ａ３＝IＧWＧ/IW＝■IＤWＤ/IW＝１等值漏磁面积：SA＝■a1RP1＋a12RP12＋■a2RP2 绕组电抗：UXＴ１＝■×10-4 （２）梯变低压电流在主变低压绕组中产生的电抗磁势分布如图３（ｃ）所示。磁势平衡方程式：■IＤWＤ－■IＤWＤ＝０基准磁势： IW＝■IＤWＤ相对磁势：Ａ４＝■IＤWＤ/IW＝■ 等值漏磁面积：SA＝■a2RP2+■a23RP23＋■a3RP3 绕组电抗：UXＴ２＝■×10-4 梯变绕组电抗：UXＴ＝UXＴ１＋UXＴ２３性能数据对比此类变压器没有相关的国家标准，性能参数的确定是参考相应容量及电压等级的三相电力变压器标准及用户的技术协议。性能参数设计值与实测值的对应。

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