2.4 算例分析

2.4.1 算例1：ST電磁解析計(jì)算

利用本章所提到的模型，針對(duì)一臺(tái)三相三柱式變壓器模型進(jìn)行了解析計(jì)算。為簡(jiǎn)化計(jì)算，在計(jì)算過程中不考慮鐵心的飽和性和磁滯特性，即鐵心磁導(dǎo)率為常數(shù)。通常來說，硅鋼片的相對(duì)磁導(dǎo)率范圍為7000～10000，本例中所選取ST硅鋼片的相對(duì)磁導(dǎo)率為μ_r=10000。ST和電氣系統(tǒng)的主要參數(shù)見表2-1。電壓基準(zhǔn)值為138kV。

對(duì)具有同樣參數(shù)的三相三柱式變壓器結(jié)構(gòu)的ST，分別采用不考慮多繞組耦合和考慮多繞組耦合的解析模型進(jìn)行計(jì)算，得到ST各個(gè)繞組的電壓和電流。解析計(jì)算電壓結(jié)果比較和電流結(jié)果比較分別見表2-2和表2-3。

從表2-2和表2-3可知，與不考慮多繞組耦合的解析結(jié)果相比，考慮多繞組耦合效應(yīng)后，電壓幅值差異范圍為-5.80%～3.44%，電壓相角差異范圍為-7°～3.3°；電流幅值差異范圍為-1.37%～1.63%，電流相角差異范圍為-2.3°～2.4°。因此，考慮多繞組耦合效應(yīng)對(duì)解析計(jì)算結(jié)果的影響不大，但也不宜忽視。究其原因，在考慮相間磁耦合的情況下，由于鐵軛的存在，三相三柱式變壓器結(jié)構(gòu)的三相等效磁路的長度不相等，導(dǎo)致相間互感系數(shù)不對(duì)稱，進(jìn)而引起繞組電壓和支路電流的結(jié)果不平衡。如果忽略，將導(dǎo)致ST繞組電壓和支路電流結(jié)果不準(zhǔn)確。

上述分析了ST采用三相三柱式變壓器結(jié)構(gòu)的磁路對(duì)繞組電壓和電流的影響，下面將分析ST采用三相組式變壓器結(jié)構(gòu)和三相芯式變壓器三角形結(jié)構(gòu)相間互感對(duì)繞組電壓和電流的影響，其鐵心結(jié)構(gòu)如圖2-5所示。

若ST鐵心采用三相組式變壓器結(jié)構(gòu)，則三相磁路各自獨(dú)立，彼此無關(guān)，沒有相間互感影響，因此不存在三相電壓和電流結(jié)果不平衡現(xiàn)象。但其存在材料消耗大、價(jià)格昂貴、占地面積大等缺點(diǎn)。ST采用三相組式變壓器結(jié)構(gòu)的解析計(jì)算結(jié)果即為表2-2和表2-3中不考慮繞組耦合的計(jì)算結(jié)果。若ST采用三相芯式變壓器三角形結(jié)構(gòu)，因?yàn)?個(gè)鐵心柱之間的距離彼此相等，各相鐵心的等效磁路長度相同，相間互感耦合作用也相同，所以在ST運(yùn)行過程中也不會(huì)出現(xiàn)三相電壓和電流不平衡的現(xiàn)象。此外，三相芯式變壓器三角形結(jié)構(gòu)有節(jié)省材料、價(jià)格便宜、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在制造不方便的缺點(diǎn)。三相組式變壓器結(jié)構(gòu)的ST與三相芯式變壓器三角形結(jié)構(gòu)的ST最大的區(qū)別在于三相組式變壓器結(jié)構(gòu)的ST沒有磁耦合效應(yīng)，而三相芯式變壓器三角形結(jié)構(gòu)的ST有磁耦合效應(yīng)，且磁場(chǎng)的拓?fù)鋵?duì)稱。

為了探究不同鐵磁材料對(duì)ST繞組電壓和電流的影響，本算例將不同的相對(duì)磁導(dǎo)率帶入本章所提電磁解析模型進(jìn)行解析計(jì)算，得到ST二次繞組電壓和電流隨不同相對(duì)磁導(dǎo)率變化的曲線圖，如圖2-6所示。

從圖2-6可以看出，隨著鐵磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率的增加，ST的二次繞組電壓會(huì)越來越高，但幅值變化不大；而ST的二次繞組電流會(huì)由于送端與受端電壓的幅值和相角差異而有不同的變化。