淺談變壓器的設(shè)計(jì)選型

摘要：主變壓器作為一種重要的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起著非常重要的作用，因此必須保證主變壓器的合理運(yùn)行。在主變壓器的實(shí)際運(yùn)行和應(yīng)用中，需要對(duì)主變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)，主變壓器的設(shè)計(jì)和選擇在主變壓器的設(shè)計(jì)過程中具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：變壓器;設(shè)計(jì)選型;選擇

1 主變壓器設(shè)計(jì)選型關(guān)注的要點(diǎn)

1.1 變壓器能源損耗

第一，有功損耗。電力變壓器主要有功損耗可分為銅耗和鐵耗兩大類。其中基本鐵耗主要包括磁滯與渦流損耗，這主要是和變壓器鐵芯的材料性質(zhì)有關(guān)。鐵耗又被稱為空載損耗，和負(fù)載的大小沒有關(guān)系，鐵耗的嚴(yán)重程度主要取決鐵芯的質(zhì)量，所以在選擇是一定要選擇低損耗的材質(zhì)。而變壓器的銅耗主要是指原，副繞組的直流電阻損耗和由肌膚效應(yīng)所引起的電流沿導(dǎo)線截面分布不均所增加的損耗。所以在電力變壓器的使用過程中一定要注意負(fù)載電流不可超過負(fù)載電流。第二，無(wú)功損耗。電力變壓器的無(wú)功損耗主要是電流的損耗和漏磁的損耗引起的，而電流的損耗主要還是由變壓器鐵芯的材質(zhì)所決定。

1.2 電力超標(biāo)故障

變壓器作為一項(xiàng)電力設(shè)備，其雖然承擔(dān)著轉(zhuǎn)變、穩(wěn)定電壓的重要作用，但其自身也存在額定電壓，一旦經(jīng)過變壓器的電壓超過額定電壓，變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)將受到嚴(yán)重?fù)p壞。為應(yīng)對(duì)電力超標(biāo)問題，在變壓器內(nèi)部安置低壓保護(hù)裝置是十分常見的手段，低壓保護(hù)裝置主要以空氣開關(guān)為主，如此一來(lái)，變壓器的內(nèi)部電壓將得到良好控制，電壓一旦超出額定標(biāo)準(zhǔn)，空氣開關(guān)就能夠及時(shí)對(duì)線路進(jìn)行切斷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓現(xiàn)象的有效避免。

1.3 三相負(fù)荷不平衡

在三相負(fù)荷載不平衡條件下運(yùn)行的變壓器，必然會(huì)產(chǎn)生較大零序電流，而變壓器內(nèi)部零序電流，勢(shì)必在鐵心中產(chǎn)生零序磁通，零序磁通在變壓器的油箱壁或其他金屬構(gòu)件中構(gòu)成回路。但主變壓器的這些金屬構(gòu)件均為非導(dǎo)磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發(fā)熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致變壓器運(yùn)行事故。

2 主變壓器設(shè)計(jì)選型

2.1 主變壓器聯(lián)結(jié)組別的確定

1）能夠有效抑制負(fù)載端的諧波電流，尤其是高次諧波，保證電流的正弦度和高質(zhì)量。實(shí)際中經(jīng)常采用的主變壓器屬于雙圈變壓器，當(dāng)將正弦波電壓施加于原邊，就形成了正弦波的電勢(shì)和磁通。當(dāng)鐵心達(dá)到飽和狀態(tài)，空載電流的波形變成尖頂波，該波形中不僅含有基波，還還有大量的高次諧波。此時(shí)，將主變壓器的聯(lián)接組別設(shè)計(jì)成Dyn11，將原邊接成三角形，激磁電流中的高次諧波能夠在原邊形成環(huán)流，這樣就保證了原邊電勢(shì)以及激磁磁通的波形為正弦波的同時(shí)，變壓器副邊的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形也為正弦波，有效抑制其諧波含量，負(fù)荷電流中不再含有二次諧波，保證了供電質(zhì)量。

2）選用Dyn11聯(lián)結(jié)組別的聯(lián)接方式能夠充分利用設(shè)備的容量。根據(jù)國(guó)標(biāo)的相關(guān)規(guī)定，在低壓電網(wǎng)中，如果三相變壓器選擇Yyn0結(jié)線，當(dāng)出現(xiàn)單相不平衡負(fù)荷，中性線上會(huì)產(chǎn)生電流，該電流應(yīng)該低于低壓繞組的額定電流的1/4，同時(shí)，在滿載情況下，一相的電流應(yīng)該小于額定電流。從這一規(guī)定中可以看出，Yyn0結(jié)線時(shí)，主變壓器的使用受到了很大的限制，其能力無(wú)法得到全面的利用。但是，如果采用Dyn11結(jié)線方式，不會(huì)限制中性線的電流，該電流允許達(dá)到變壓器的低壓側(cè)線電流值，這樣一來(lái)，就能夠?qū)﹄妷浩鞯娜萘窟M(jìn)行充分的利用，在單相負(fù)荷為主的場(chǎng)合以及經(jīng)常出現(xiàn)兩相不平衡的主變壓器中使用較為適宜。因此，無(wú)論是干式變壓器還是油浸式變壓器，都應(yīng)該采用Dyn11聯(lián)結(jié)組別。

2.2 變壓器容量選擇

變電站主變壓器容量應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件、負(fù)荷性質(zhì)、運(yùn)行方式和用電容量等條件進(jìn)行綜合考慮?？偟膩?lái)說，對(duì)主變壓器容量大小的選擇，取決于區(qū)域負(fù)荷的現(xiàn)狀和增長(zhǎng)速度、上一級(jí)電網(wǎng)提供負(fù)載的能力、與之相連接的配電裝置技術(shù)和性能指標(biāo)，取決于負(fù)荷本身的性質(zhì)和對(duì)供電可靠性要求的高低等因素。主變壓器額定容量應(yīng)能滿足供電區(qū)域內(nèi)用電負(fù)荷的需要，即滿足全部用電設(shè)備總負(fù)荷的需要，以便投入運(yùn)行后能常年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免變壓器長(zhǎng)期處于過負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。新建變電站主變壓器容量的合理選擇要考慮變壓器最佳負(fù)荷率，運(yùn)行效率要高、損耗要低的要求。單臺(tái)主變壓器容量的選擇不宜過大或過小，單臺(tái)容量應(yīng)根據(jù)供電區(qū)域的負(fù)荷密度進(jìn)行選擇，要預(yù)留負(fù)荷發(fā)展和擴(kuò)建的可能，實(shí)現(xiàn)變電站容量由小到大。投產(chǎn)初期主變壓器的負(fù)載率盡量接近最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載系數(shù)，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大于3 000 h時(shí)可取0.6～0.7，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)小于3 000 h時(shí)可取0.75～1.00。主變壓器容量應(yīng)滿足5～10年規(guī)劃負(fù)荷的需要，為今后供電區(qū)域負(fù)荷增長(zhǎng)保留足夠的容量裕度，防止不必要的擴(kuò)建和增容。對(duì)于擴(kuò)建、改造的變電站，主變壓器容量的選擇要與站內(nèi)原有的主變壓器技術(shù)參數(shù)相匹配。主變壓器并列運(yùn)行是變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效方式，在擴(kuò)建、改造變電站時(shí)，新增或改造的主變壓器與變電站內(nèi)現(xiàn)有主變壓器應(yīng)能滿足并聯(lián)條件，即聯(lián)結(jié)組別與相位關(guān)系相同;電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調(diào)壓范圍內(nèi)的每級(jí)電壓相同;防止二次繞組之間因存在電勢(shì)差產(chǎn)生環(huán)流;短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內(nèi)，容量比為0.5～2.0。

2.3 變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)

變壓器損耗包括有功功率損耗及無(wú)功功率損耗。變壓器有功損耗由鐵損和銅損，鐵損又稱空載損失，其值與鐵心材質(zhì)等有關(guān)，而與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)，是基本不變的;而銅損與負(fù)荷電流平方成正比，負(fù)載電流為額定值的銅損又稱短路損失.變壓器的無(wú)功損耗由兩部分組成，一部分由勵(lì)磁電流即空載電流造成的損耗，他與鐵心有關(guān)而與負(fù)荷無(wú)關(guān);另一部分無(wú)功損耗指一、二次繞組的漏磁電抗損耗，其大小與與負(fù)載電流平方成正比。具體計(jì)算如下：

變壓器功率損失ΔP（千瓦）、效率η（%）和損失率ΔP%（%）的計(jì)算公式：

SN—變壓器額定容量;P1——變壓器電源側(cè)輸入的功率;P2——變壓器負(fù)載側(cè)輸出的功率;Po——變壓器空載損耗;Pk——變壓器短路損耗;cosφ——負(fù)載功率因數(shù);β——負(fù)載系數(shù);I2——變壓器二次側(cè)負(fù)載電流;I2e——變壓器二次側(cè)額定電流。

3 結(jié)語(yǔ)

變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況對(duì)城市電力系統(tǒng)供電的安全可靠性起著有著重要作用。在用電需求條件下，電力企業(yè)應(yīng)重視主變壓器的設(shè)計(jì)和選型，充分考慮電力系統(tǒng)的綜合因素，科學(xué)選擇主變壓器的選型，提高主變壓器的整體性能，以保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]廖瑞金，邵山峰，成立，楊麗君，趙學(xué)童.換流變壓器油紙選型研究[J].智慧電力，2017，45（07）：9-17+36.

（作者單位：杭州協(xié)東電力設(shè)計(jì)工程有限公司）

作者簡(jiǎn)介：張玉寅，男，漢族，1987年4月，江蘇省鹽城市，大專，助理工程師，電氣一次設(shè)計(jì)。