分裂变压器的特点及运行

分裂变压器的特点及运行
摘要：分裂变压器正广泛运行于大型火电厂的厂用变压器和水电厂的升压变压器中。

对分裂变压器特点和运行特性作了介绍。

随着电力工业的发展，发电机单机容量日趋增大，从而使厂用负荷增加，要求其厂用变压器的容量增大。

同时，由于目前一般都采用轻型的厂用断路器，出于安全和经济上的考虑，又要求厂用容量，特别是短路容量要小，厂用接线尽可能的简单可靠，为了减少短路电流，合理地选择轻型电器，可选择计算阻抗较大的接线和运行方式，在发电厂厂用电接线中，厂高变采用低压分裂绕组变压器，由于分裂绕组变压器在正常和低压侧短路时其电抗值不同，从而起到限制短路电流的效果。

在国外，从40年代末期就开始研究和制造这种分裂线圈变压器。

根据国外运行经验，采用分裂线圈变压器以增大变压器的阻抗值，是限制短路电流切实可行的方法，而且在经济上也是合理的。

所以国外目前已经得到普遍推广，有的国家已定出国家标准，进行系列成套生产。

英国已制造出容量为880MVA的三相分裂线圈变压器，作为水电站的升压变压器用。

所以三相分裂线圈变压器不仅可以作为厂用变压器，也可作为主变压器。

目前分裂线圈变压器在我国已开始生产和应用，在某些发电厂和变电所已采用分裂线圈变压器作为主变压器，不少大型发电厂中采用分裂线圈变压器作为厂用变压器。

由于这种变压器的运行时间还短，运行经验较少，同时我国还没有系列生产这种变压器。

以厂用电供电为例，说明其三绕组分裂变压器的特点以及对系统运行的影响。

1三相分裂绕组变压器的特点
分裂变压器是多绕组变压器中的一种特殊形式，和普通多绕组变压器不同点在于：它的低压绕组中有一个或几个绕组分裂成额定容量相等的几个支路，这几个支路没有电气上的联系，而仅有较弱的磁的联系。

在电力系统中，用得比较多的是双绕组双分裂变压器，它有一个高压绕组和两个分裂的低压绕组，分裂绕组的额定电压和额定容量相同，它们的总容量等于变压器的总容量。

低压线圈分裂后，可以大大地增加高压线圈与低压线圈各分裂部分之间，以及低压线圈分裂后的各部分之间的短路阻抗值，这对限制网络的短路电流，节省建设投资与占地面积有着一定的实际经济意义，因而分裂变压器正在电力工业中被广泛采用。

分裂变压器与普通变压器，按其结构看，几乎没有什么区别,其区别仅仅是在各铁芯柱上的低压圈线本身，没有串联或并联而将其始端和终端各自引出，无论采取哪种结构方式，其分裂的二次绕组之间磁的耦合是比较弱的，因此，对分裂变压器的基本要求是：
1)低压绕组线圈分裂的几个部分与高压线圈的绝缘结构，要求有足够的电气强度；
2)低压线圈每一部分与高压线圈之间的阻抗值要相等；
3)使用时，低压线圈的每一部分可分别接到发电机或电动机上，且可同时运行，也可单独运行，具有相同额定电压的分裂线圈可以并联运行；
4)结构要简单，尽可能接近无分裂线圈变压器的结构。

当然，分裂变压器比起普通(无分裂)变压器(在相同容量、电压等级、调压范围及级数，总损耗和短路电压等情况下)相比,材料消耗较多(包括硅钢片、线圈用铜〈铝〉量等),从而使变压器的成本有所增加。

2分裂变压器的等值电路和主要参数
三绕组分裂变压器可以当作三线圈普通变压器来讨论，所以它的等值电路用一般的星形等值电路来表示，如图1所示。

图中每个电抗分别为：
X C＝(X KCA＋X KCB－X KAB)／2
X A＝(X KCA＋X KAB－X KCB)／2(1)
X B＝(X KCB＋X KAB－X KCA)／2
上式中，XKCA、XKCB、XKAB分别为两个线圈之间的短路阻抗，其中低压的两个分裂线圈之间的短路电抗XKAB又称为分裂电抗。

根据对制造分裂变压器的基本要求,低压的两个线圈A和B对于高压侧线圈C应该是相等的,因此得出：
X KCA＝X KCB (2)
将公式(2)代入(1)式得：
X C＝X KCA－X KAB／2(3)
X A＝X B＝X KAB／2(4)
当两个低压线圈A和B并联时，得出分裂变压器的穿越电抗XD(相当于普通变压器的短路电抗)为：
X D＝X C＋X A／2＋X KCB－X KAB／4(5)
若将上式和(3）式合并可得：
X C＝X D－X KAB／4(6)
X A＝X B＝X KAB／2(7)
当两个低压线圈A和B负荷相等或并联运行(相当于一般双线圈变压器)时，分裂电抗XKAB和穿越电抗XD之比称为分裂变压器的分裂系数KP，即： K P＝X KAB／X D(8)
分裂系数KP是分裂变压器的主要参数，若将公式(8)代入(6)和(7)式，可得到下列公式：
X C＝(1－K P／4)X D(9)
X A＝X B＝K P／2X D(10)
由此可见，依据分裂系数和穿越阻抗就可以简单地求出等效电路中各个参数。

例如：某分裂变压器的分裂系数为3.5，穿越电抗XD＝8%，由式(9)、(10)立即可以算出：XC＝1%、XA＝XB＝14%。

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在一般情况下，分裂系数K P的数值在0～4之间，由分裂成两部分的低压绕组的相对位置来决定。

分裂系数KP的具体数值则根据变压器正常运行状态及事故状态的要求来选龋
当KP＝4时，绕组A和B之间磁的联系最弱，由式(9)及式(10)可见，此时XC＝0、XA＝XB＝2XD，此时等效电路简化为图2(A)所示，犹如两台独立的双绕组变压器一般，绕组A的负荷变化，只会引起绕阻A本身的端电压的变化，而对绕组B的端电压没有任何影响，反之亦然。

当KP＝0时绕组A和B之间的联系最紧密，同时由式(9)、(10)可得ZC＝
ZD、ZＡ＝ＺD＝0，犹如一台普通双绕组变压器一般，绕组A的端电压就是绕组B的端电压，这时的等值电路图如图2(B)所示。

一般情况下，0＜K P＜4，绕组A和B之间有一定的磁的联系，等值电路如图2(C)所示。

是为正常的分裂变压器。

图2不同KP值时的分裂变压器等值电路
3厂用变压器采用分裂变压器后的运行特性
由于分裂变压器阻抗值较大，因此作为厂用变压器后，可以带来一些运行上的好处。

下面分几个方面来讨论。

1＝降低厂用母线上的短路电流，减少对电气设备的短路冲击。

在厂用母线短路时，冲击电流包括两个部分：一是通过厂用变压器送来的短路电流IK1；二是厂用电动机的反馈短路电流IK2，由于分裂变压器的电抗值XD 比普通变压器增大了(电抗值XD随着分裂系数KP的增大而增大)，短路电流IK1将随着KP的增大而减小，可见KP对限制短路电流有着显著的影响，当KP＝4时，IK1可比普通变压器减少一半；而对于厂用电动机的反馈短路电流IK2，由于一个厂用母线上所接电动机减少一半，因此供给的短路电流IK2亦减少一半。

所以，采用厂用分裂变压器以后，厂用母线上的短路电流将显著减少，从而对厂用母线上的电气设备的短路稳定性有较大好处。

为了保证最大的经济效益，在选用厂用电气设备时，不但可以选用轻型断路器，还可以降低短路电流对厂用母线、电缆、CT的热稳定性。

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2＝减少厂用母线电压的波动
目前设计的厂用电系统一般均是照明和动力混合的供电系统，由于分裂变压器的电抗值XD比相同容量普通变压器高，再加上两分裂线圈相对独立，相互间基本上没有影响，所以电压稳定性比普通变压器好。

3＝有利于厂用电动机成组自起动。

①一个分段上的电动机成组自起动，主要取决于分裂系数KP。

当KP＝0时，允许自起动的电动机容量和同容量的普通变压器相同，即：整个变压器的自起动容量比同容量的普通变压器增加一倍；当KP＝4时，整个变压器的自起动容量比同容量的普通变压器相同。

由于分裂变压器的分裂系数4≥K P≥0之间，所以厂用电动机成组自起动的能力比同容量的普通变压器好。

②两个分段上的电动机同时成组自起动时,由于分裂变压器的短路阻抗比同容量的普通变压器约小1.5倍，所以自起动容量将增加1。

5倍。

③一个分裂绕组上短路时，另一个分裂绕组上能够维持允许的最低电压水平。

按有关规定：高温、高压电厂的厂用母线最低电压为母线电压的65%，根据理论分析和运行经验，只要分裂系数K P≥2.11时，当一个分段上发生短路时，另一分段上的母线电压最低时也不会低于65%。

然而分裂变压器在设计和制造时分裂系数K P一般都在3.5左右，所以另一分段上的电压远高于允许的最低电压水平，即另一分段仍能继续运行，有利于厂用电的安全稳定，具有显著的优越性，这是普通变压器所不能比拟的。