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摘要：变压器内置式限流电抗器用于提升变压器短路阻抗，对于提高输电线路稳定性具有重要的作用。为满足市场要求，特针对大阻抗联络变内置式限流电抗器进行优化设计，以达到提升性能的同时减少原材料用量的目的，进而使产品在保证质量的前提下降低成本。
关键词：变压器内置;限流电抗器;优化设计
目前电力系统装机容量越来越大，随之增大的短路电流也会对电网上各种电气设备造成较大损坏，所以电网很重视如何限制短路电流值。为了有效减少发生短路故障时对线路及系统设备的损坏，一个有效的办法就是在电力系统中采用大阻抗变压器。一般来说，由于变压器低压侧电压低，所以短路电流大，故低压侧短路阻抗需要大幅度增加，以减小短路电流值。例如国网180MVA 220kV三圈联络变压器低压侧电压值为10.5kV，高低阻抗标准值为24%，而同型号的高阻抗变压器的高低阻抗值则为60%，可以看到，增加幅度几乎达到了3倍。
通常为了增加高低短路阻抗值，需要改变原有的线圈排列，从常规阻抗的铁心-低-中-高结构更改为铁心-高-中-低结构，但由于高压线圈为220kV等级，放在内侧会造成变压器绝缘结构复杂，具有一定的安全隐患，所以另一种常用的方法是在变压器的绕组中串联限流电抗器以提高变压器阻抗。由于变压器低压侧有较大的额定电流和短路电流值，必须合理设计限流电抗器以满足在正常工作时的低损耗，以及在发生短路时，能有效限制短路电流值。
由于各厂在设计限流电抗器时没能充分考虑与变压器串联时带来的困难，且由于设计经验不足，设计裕度较大，造成无法有效放置于变压器油箱内部，需要对变压器油箱进行特殊鼓包设计才能放置其中，所以需要进行优化设计，如下图所示，左侧为优化前限流电抗器，右侧为优化后限流电抗器。
采用国网最典型的220kV大阻抗产品进行本次优化设计，限流电抗器串联于变压器的低压侧，具体参数如下：
限流电抗器需要采用一种特殊的线圈形式来满足巨大的电流值带来的温升及短路力等各方面的严峻要求。原结构为采用自粘换位导线的空心双连续式中部出线方式，该结构成本较高，绕制困难，同时与变压器连接结构复杂，抗短路能力较弱。
优化结构采用空心螺旋式线圈，相较于双连续式线圈，螺旋式绕组绕制更快捷，且安匝分布更均匀，抗短路能力强，可以适当提高电密，节省铜线用量。同时线圈采用单根纸包线，根据电压等级选择纸绝缘厚度，导线成本较自粘换位导线低。采用多根并绕式结构，根据短路电流值选择并绕根数，通常大于40根导线并饶，为降低环流损耗，并饶导线间采用K换位方式，换位次数与并绕根数相同，采用该换位方式可以有效降低环流损耗，且方便绕制。采用端部出线结构，单个线圈只有上下两个出头，相较于原结构中部出线方式需要有上中下三个出头，与变压器进行连接方式更简洁。
对于电抗器磁路部分的优化也很有必要，对于铁轭部分，原结构为焊接拉螺杆结构，由于在硅钢片焊接势必会造成局部硅钢片性能退化，从而硅钢片损耗大幅度增加，所以优化结构为了避免该问题，采用了把装结构，以保证硅钢片性能，在保证同等损耗的情况下同时可以提高磁密，以达到节约成本的目的。
对于电抗器器身绝缘结构的优化，原结构过于保守各部分绝缘距离取值较大，所以可以根据绝缘水平及漏磁分布适当减小线圈间及线圈到上下铁轭间的距离，经过仿真计算，保证产品性能可靠。
对于电抗器与变压器连接引线结构的优化，原结构为电抗器器身就位后再进行连接，所以需要保证电抗器与变压器之间预留出操作空间，而优化结构改为了在电抗器上预先安装好预置引线，从而可以节约操作空间，保证电抗器与变压器之间结构紧凑度。
可见优化产品损耗下降约10kW，温升下降约4K，而于此同时产品器身总重量从9580kg下降为6115kg。产品材料成本优化前合计40.9万，优化后合计25.4，优化金额达到了15.5万，材料优化提升率达到了37.9%。
同时产品工时节约情况如下：
1.变压器油箱不用采用鼓包结构，而是平整矩形结构，节约工时约30小时;
2.电抗器线圈不采用双连续结构，而采用K换位结构，节约工时约20小时;
3.电抗器铁轭不采用焊接结构，而采用把装结构，节约工时约20小时。
共节约工时约70小时。
经过试制，本次三相限流电抗器优化设计效果显著，可以进一步推广到各类需要同类限流電抗器的产品中使用，例如某些单相自耦变压器的第三绕组，需要串联单相限流电抗器，本次优化设计的三相三柱结构产品也可以类推到单相双柱结构产品中使用。
关键词：变压器内置;限流电抗器;优化设计
目前电力系统装机容量越来越大，随之增大的短路电流也会对电网上各种电气设备造成较大损坏，所以电网很重视如何限制短路电流值。为了有效减少发生短路故障时对线路及系统设备的损坏，一个有效的办法就是在电力系统中采用大阻抗变压器。一般来说，由于变压器低压侧电压低，所以短路电流大，故低压侧短路阻抗需要大幅度增加，以减小短路电流值。例如国网180MVA 220kV三圈联络变压器低压侧电压值为10.5kV，高低阻抗标准值为24%，而同型号的高阻抗变压器的高低阻抗值则为60%，可以看到，增加幅度几乎达到了3倍。
通常为了增加高低短路阻抗值，需要改变原有的线圈排列，从常规阻抗的铁心-低-中-高结构更改为铁心-高-中-低结构，但由于高压线圈为220kV等级，放在内侧会造成变压器绝缘结构复杂，具有一定的安全隐患，所以另一种常用的方法是在变压器的绕组中串联限流电抗器以提高变压器阻抗。由于变压器低压侧有较大的额定电流和短路电流值，必须合理设计限流电抗器以满足在正常工作时的低损耗，以及在发生短路时，能有效限制短路电流值。
由于各厂在设计限流电抗器时没能充分考虑与变压器串联时带来的困难，且由于设计经验不足，设计裕度较大，造成无法有效放置于变压器油箱内部，需要对变压器油箱进行特殊鼓包设计才能放置其中，所以需要进行优化设计，如下图所示，左侧为优化前限流电抗器，右侧为优化后限流电抗器。
采用国网最典型的220kV大阻抗产品进行本次优化设计，限流电抗器串联于变压器的低压侧，具体参数如下：
限流电抗器需要采用一种特殊的线圈形式来满足巨大的电流值带来的温升及短路力等各方面的严峻要求。原结构为采用自粘换位导线的空心双连续式中部出线方式，该结构成本较高，绕制困难，同时与变压器连接结构复杂，抗短路能力较弱。
优化结构采用空心螺旋式线圈，相较于双连续式线圈，螺旋式绕组绕制更快捷，且安匝分布更均匀，抗短路能力强，可以适当提高电密，节省铜线用量。同时线圈采用单根纸包线，根据电压等级选择纸绝缘厚度，导线成本较自粘换位导线低。采用多根并绕式结构，根据短路电流值选择并绕根数，通常大于40根导线并饶，为降低环流损耗，并饶导线间采用K换位方式，换位次数与并绕根数相同，采用该换位方式可以有效降低环流损耗，且方便绕制。采用端部出线结构，单个线圈只有上下两个出头，相较于原结构中部出线方式需要有上中下三个出头，与变压器进行连接方式更简洁。
对于电抗器磁路部分的优化也很有必要，对于铁轭部分，原结构为焊接拉螺杆结构，由于在硅钢片焊接势必会造成局部硅钢片性能退化，从而硅钢片损耗大幅度增加，所以优化结构为了避免该问题，采用了把装结构，以保证硅钢片性能，在保证同等损耗的情况下同时可以提高磁密，以达到节约成本的目的。
对于电抗器器身绝缘结构的优化，原结构过于保守各部分绝缘距离取值较大，所以可以根据绝缘水平及漏磁分布适当减小线圈间及线圈到上下铁轭间的距离，经过仿真计算，保证产品性能可靠。
对于电抗器与变压器连接引线结构的优化，原结构为电抗器器身就位后再进行连接，所以需要保证电抗器与变压器之间预留出操作空间，而优化结构改为了在电抗器上预先安装好预置引线，从而可以节约操作空间，保证电抗器与变压器之间结构紧凑度。
可见优化产品损耗下降约10kW，温升下降约4K，而于此同时产品器身总重量从9580kg下降为6115kg。产品材料成本优化前合计40.9万，优化后合计25.4，优化金额达到了15.5万，材料优化提升率达到了37.9%。
同时产品工时节约情况如下：
1.变压器油箱不用采用鼓包结构，而是平整矩形结构，节约工时约30小时;
2.电抗器线圈不采用双连续结构，而采用K换位结构，节约工时约20小时;
3.电抗器铁轭不采用焊接结构，而采用把装结构，节约工时约20小时。
共节约工时约70小时。
经过试制，本次三相限流电抗器优化设计效果显著，可以进一步推广到各类需要同类限流電抗器的产品中使用，例如某些单相自耦变压器的第三绕组，需要串联单相限流电抗器，本次优化设计的三相三柱结构产品也可以类推到单相双柱结构产品中使用。