2.4 算例分析

2.4.1 算例1：ST电磁解析计算

利用本章所提到的模型，针对一台三相三柱式变压器模型进行了解析计算。为简化计算，在计算过程中不考虑铁心的饱和性和磁滞特性，即铁心磁导率为常数。通常来说，硅钢片的相对磁导率范围为7000～10000，本例中所选取ST硅钢片的相对磁导率为μ_r=10000。ST和电气系统的主要参数见表2-1。电压基准值为138kV。

对具有同样参数的三相三柱式变压器结构的ST，分别采用不考虑多绕组耦合和考虑多绕组耦合的解析模型进行计算，得到ST各个绕组的电压和电流。解析计算电压结果比较和电流结果比较分别见表2-2和表2-3。

从表2-2和表2-3可知，与不考虑多绕组耦合的解析结果相比，考虑多绕组耦合效应后，电压幅值差异范围为-5.80%～3.44%，电压相角差异范围为-7°～3.3°；电流幅值差异范围为-1.37%～1.63%，电流相角差异范围为-2.3°～2.4°。因此，考虑多绕组耦合效应对解析计算结果的影响不大，但也不宜忽视。究其原因，在考虑相间磁耦合的情况下，由于铁轭的存在，三相三柱式变压器结构的三相等效磁路的长度不相等，导致相间互感系数不对称，进而引起绕组电压和支路电流的结果不平衡。如果忽略，将导致ST绕组电压和支路电流结果不准确。

上述分析了ST采用三相三柱式变压器结构的磁路对绕组电压和电流的影响，下面将分析ST采用三相组式变压器结构和三相芯式变压器三角形结构相间互感对绕组电压和电流的影响，其铁心结构如图2-5所示。

若ST铁心采用三相组式变压器结构，则三相磁路各自独立，彼此无关，没有相间互感影响，因此不存在三相电压和电流结果不平衡现象。但其存在材料消耗大、价格昂贵、占地面积大等缺点。ST采用三相组式变压器结构的解析计算结果即为表2-2和表2-3中不考虑绕组耦合的计算结果。若ST采用三相芯式变压器三角形结构，因为3个铁心柱之间的距离彼此相等，各相铁心的等效磁路长度相同，相间互感耦合作用也相同，所以在ST运行过程中也不会出现三相电压和电流不平衡的现象。此外，三相芯式变压器三角形结构有节省材料、价格便宜、维护简单等优点，但也存在制造不方便的缺点。三相组式变压器结构的ST与三相芯式变压器三角形结构的ST最大的区别在于三相组式变压器结构的ST没有磁耦合效应，而三相芯式变压器三角形结构的ST有磁耦合效应，且磁场的拓扑对称。

为了探究不同铁磁材料对ST绕组电压和电流的影响，本算例将不同的相对磁导率带入本章所提电磁解析模型进行解析计算，得到ST二次绕组电压和电流随不同相对磁导率变化的曲线图，如图2-6所示。

从图2-6可以看出，随着铁磁材料相对磁导率的增加，ST的二次绕组电压会越来越高，但幅值变化不大；而ST的二次绕组电流会由于送端与受端电压的幅值和相角差异而有不同的变化。