變壓器在大型民用建筑中的應(yīng)用

何顯毅　梁志江

[摘要]文章結(jié)合工作實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對變壓器在大型民用建筑中遇到的一些問題進(jìn)行分析，對于正確選擇及使用變壓器也是很重要的，所以在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)引起重視。

[關(guān)鍵詞]變壓器；民用建筑；容量選擇；保護(hù)

[作者簡介]何顯毅，佛山市南海華林電力電器安裝有限公司，廣東佛山，528211；梁志江，佛山市南海華林電力電器安裝有限公司，廣東佛山，528211

[中圖分類號]TM42

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1007-7723(2009)02—0142-0002

《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“用電設(shè)備容量在250kW或需用變壓器容量在160kVA以上者應(yīng)以高壓方式供電”；“用電單位的高壓配電電壓宜采用10kV”。所以，變壓器在大型民用建筑中的應(yīng)用也日趨普遍。本文對民用建筑變壓器設(shè)計(jì)中幾個(gè)問題進(jìn)行探討。

一、變壓器位置的選擇與型式的確定

(一)變壓器位置的選擇

10kV變電所的位置，一般考慮盡量靠近負(fù)荷中心，設(shè)備運(yùn)輸方便，盡量避免多塵、高溫、有劇烈震動、有爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)、環(huán)境潮濕等場所。據(jù)此，變電所的位置有以下幾種方式：

1，將變電所設(shè)在地下室或輔助建筑內(nèi)。

2，在地下室和最高層設(shè)置主變壓器。

3，分別在地下室、最高層和中問層設(shè)置主變壓器。

4，僅在中間層設(shè)置主變壓器。

5，主變壓器分別設(shè)在底層和上部各層。

在上述各種方式中究竟采用何種方式，除了考慮節(jié)能經(jīng)濟(jì)、設(shè)備條件和施工方便等因素外，還要考慮經(jīng)營和管理因素。

國內(nèi)一般建筑通常采用將變電室設(shè)在地下室或輔助建筑內(nèi)，當(dāng)為超高層建筑時(shí)或頂層有大容量用電負(fù)荷時(shí)，可采用在地下室及最高層設(shè)置主變電室或采用底部設(shè)主變電所上部各層設(shè)分配電所。

(二)變壓器型式的確定

常用的10kV配電變壓器按其絕緣介質(zhì)的不同，可分為油浸式變壓器、六氟化硫變壓器、干式變壓器等幾種型式。而民用建筑中變壓器一般均設(shè)在建筑物內(nèi)部。《10kV及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》及《高層民用建筑防火規(guī)范》中，對有可燃性油的電氣設(shè)備在民用建筑內(nèi)部的使用均有比較嚴(yán)格的條件限制，所以在民用建筑中宜選用干式或六氟化硫變壓器作為配電變壓器。而上述兩種變壓器中，干式變壓器由于其體積小、價(jià)格低、使用及維護(hù)方便以及無毒等優(yōu)點(diǎn)，所以在民用建筑中被普遍采用。

二、變壓器結(jié)線組別的確定

國家規(guī)范《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中，宜選用D.yn11結(jié)線組別的三相變壓器作為配電變壓器?！倍鴮τ谠O(shè)有用戶變電所的一般民用建筑，其低壓系統(tǒng)接地型式大多采用TN系統(tǒng)，所以民用建筑中變壓器的結(jié)線組別應(yīng)優(yōu)先考慮采用D.yn11結(jié)線組別。與采用Y.ynO結(jié)線組別的變壓器相比，采用D.yn11結(jié)線組別的變壓器有以下一些優(yōu)點(diǎn)。

(一)有利于抑制高次諧波電流

對Y.ynO結(jié)線的三相變壓器，原邊星形連接而無中線，故三次諧波電流不能流通。原邊勵磁電流波形為正弦波時(shí)，則鐵芯中磁通為平頂波，副邊感應(yīng)電勢波形所含高次諧波分量大。勵磁電流中以三次諧波為主的高次諧波電流在原邊接成三角形條件下，可在原邊形成環(huán)流，與原邊接成星形相比，有利于抑制高次諧波電流。

(二)有利于單相接地短路故障的切除

原邊接成三角形，繞組內(nèi)可通過零序循環(huán)電流，因而可與低壓繞組零序電流互相平衡、去磁。因此，副邊零序阻抗很小。若原邊接成星形，繞組不能流過零序電流，其零序電流在變壓器鐵芯中產(chǎn)生零序磁通，但其磁路不能在鐵芯內(nèi)形成閉合，要走鐵芯外面的空氣，其磁阻很大，變壓器的零序阻抗較大。通常，在相同的條件下，D.yn11結(jié)線的變壓器配電系統(tǒng)的魚相短路電流為Y.ynO結(jié)線時(shí)的3倍以上。因此D.yn11結(jié)線有利于單相接地故障的切除。

(三)能充分利用變壓器的設(shè)備能力

在民用建筑中，對于配電變壓器，照明、空調(diào)、電熱等220V單相負(fù)荷往往占很大比重。國家規(guī)范《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：“在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中，當(dāng)選用Y.ynO結(jié)線組別的三相變壓器時(shí)，其由單相不平衡負(fù)荷引起的中性線電流不得超過低壓繞組額定電流的25％。且其一相的電流在滿載時(shí)不得超過額定電流值?！边@一規(guī)定十分明確地限制了Y.ynO結(jié)線時(shí)接用單相負(fù)荷的容量，從而限制了Y.ynO結(jié)線配電變壓器的使用。此時(shí)變壓器的設(shè)備能力不能充分利用。

而D.yn11結(jié)線方式的變壓器，對中性線電流沒有限制，可達(dá)變壓器低壓側(cè)之線(相)額定電流，從而能充分利用變壓器的容量，發(fā)揮其設(shè)備能力，尤其適宜于以單相負(fù)荷為主而易出現(xiàn)三相不平衡的配電變壓器。

三、變壓器臺數(shù)及容量的確定

(一)變壓器臺數(shù)的確定

變壓器臺數(shù)主要根據(jù)負(fù)荷大小、供電可靠性和電能質(zhì)量的要求，并兼顧節(jié)約電能、降低造價(jià)、運(yùn)行方便等因素來決定。

1，按負(fù)荷等級及大小選擇變壓器臺數(shù)。

2，電力和照明一般由共用的變壓器供電。若共用變壓器嚴(yán)重影響照明質(zhì)量及燈泡壽命時(shí)，可考慮設(shè)置照明專用變壓器。

3，如沖擊負(fù)荷較大，嚴(yán)重影響電能質(zhì)量時(shí)，應(yīng)設(shè)專門變壓器對沖擊性負(fù)荷供電。

(二)變壓器容量的確定

建筑物供電變壓器的總裝機(jī)容量s(kVA)可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

s=Pjs/β×COSOφ

式中Pjs——建筑物的計(jì)算有功功率，kW

COSφ——補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)(一般取0Pjs9)

β——變壓器的負(fù)載率

COSφ2取決于當(dāng)?shù)毓╇姴块T對用戶的要求，一般要求用戶高壓側(cè)的平均功率因數(shù)COSφ不小于0.9。因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負(fù)載率β，然后再按所選用的變壓器標(biāo)稱系列來規(guī)整即可求得。

變壓器的負(fù)載率影響變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因?yàn)樽儔浩鞯膿p耗與負(fù)載率有關(guān)，不同型號的變壓器的最佳負(fù)載率β是不同的，而且與損失比α有關(guān)。國產(chǎn)干式變壓器的最佳負(fù)載率β一般在60％左右。但在實(shí)際運(yùn)行中，建筑物的負(fù)荷曲線是依時(shí)間而變化的，亦即負(fù)載率是時(shí)間的函數(shù)。因此，按照上述公式計(jì)算變壓器的裝機(jī)容量時(shí)，β值不能按變壓器的最佳負(fù)載率來選取，應(yīng)是略高于變壓器的最佳負(fù)載率，而不會超載即可。

綜合考慮各方面的因素，在單臺變壓器運(yùn)行時(shí)，建議的取值范圍以70％～85％為宜，損失比大的變壓器類型β取低值，損失比小的變壓器類型可取高值。

當(dāng)采用兩臺及以上變壓器時(shí)，變壓器的總裝機(jī)容量的選擇不但與考慮節(jié)能時(shí)的負(fù)載率β有關(guān)，還與考慮供電負(fù)荷級別所需的變壓器備用負(fù)荷有關(guān)。此時(shí)當(dāng)其中任何一臺變壓器斷開時(shí)，其余變壓器的容量應(yīng)能保證全部一級負(fù)荷及二級負(fù)荷的用電。對事故出現(xiàn)時(shí)的過負(fù)荷應(yīng)考慮變壓器的過載能力，必要時(shí)可采取強(qiáng)迫風(fēng)冷措施。

在變壓器容量的選擇過程中還應(yīng)注意，民用住宅建筑變電所中單臺變壓器的容量不宜大于1250kVA。當(dāng)用電設(shè)備容量較大、負(fù)荷集中且運(yùn)行合理時(shí)，方可選擇較大容量的變壓器。民用公建變電所中單臺變壓器的容量最大不應(yīng)大于2500kVA。

當(dāng)變壓器的容量確定后，最后還應(yīng)根據(jù)電動機(jī)啟動或其他負(fù)荷沖擊的條件進(jìn)行校驗(yàn)。

四、變壓器的保護(hù)

對于民用建筑中所采用的干式配電變壓器應(yīng)裝設(shè)三相過流及速斷保護(hù)、溫度升高保護(hù)，在中性點(diǎn)直接(或經(jīng)小電阻)接地系統(tǒng)中還應(yīng)裝設(shè)單相接地保護(hù)。

當(dāng)高壓側(cè)采用熔斷器作為變壓器的保護(hù)時(shí)，其熔體電流應(yīng)按變壓器額定電流的1.4～2倍選擇。變壓器過流保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)躲過可能出現(xiàn)的正常使用時(shí)的過負(fù)荷電流，保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)不應(yīng)小于1.5，保護(hù)裝置的動作時(shí)限應(yīng)與下一級保護(hù)動作時(shí)限配合，一般取值0.5～0.7s。

變壓器電流速斷保護(hù)裝置的動作電流應(yīng)躲過低壓側(cè)短路時(shí)，流過保護(hù)裝置的最大保護(hù)電流，保護(hù)裝置的靈敏系數(shù)不應(yīng)小于2。

干式變壓器的安全運(yùn)行和使用壽命，很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣破壞，是導(dǎo)致變壓器不能正常工作的主要原因之一。常用的溫度保護(hù)裝置均通過在低壓繞組最熱處預(yù)埋熱敏測溫電阻來測取溫度信號。當(dāng)變壓器負(fù)荷增大、運(yùn)行溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)自動啟動風(fēng)機(jī)冷卻，當(dāng)變壓器繞組溫度繼續(xù)上升，達(dá)到警戒溫度時(shí)，系統(tǒng)輸出趁溫報(bào)塔伶號；若溫度再繼續(xù)上升，使變壓器不能正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)將向二次保護(hù)回路輸送超溫跳閘信號，使變壓器保護(hù)開關(guān)迅速跳閘。

五、結(jié)語

以上對民用建筑變壓器設(shè)計(jì)的一些常見問題進(jìn)行了探討，在工程設(shè)計(jì)中，除了應(yīng)考慮以上一些問題外，還應(yīng)考慮其他許多問題，如變壓器工頻耐壓的確定、變壓器電壓偏移及損失的計(jì)算、變壓器的變壓比及電壓分接頭的確定、變壓器的防護(hù)方式的確定、變壓器的冷卻方式的確定、變壓器低壓出線方式及其接口配合的確定等問題。