一種免維護有載調(diào)容配電變壓器方案*

馬振邦 , 劉廣袤, 李 尊, 袁洪躍

(1.北京博瑞萊智能科技集團有限公司，北京100095;2.國網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司，三門峽 472000;3.河南機電職業(yè)學(xué)院，鄭州 451192)

作者簡介：馬振邦，本科，總工程師，工程師，Email：mzb@brlkj.com。

0 引言

目前全國變壓器總損耗約占系統(tǒng)發(fā)電量的4%，其中配電變壓器損耗占比約為總損耗的70%，因此降低變壓器的損耗特別是配電變壓器的損耗意義重大。調(diào)容變壓器在負載較低時，調(diào)到小容量運行，空載損耗大大降低。以S11型10kV調(diào)容變壓器為例，調(diào)到小容量時空載損耗實際低于S15型非晶變壓器，因此目前調(diào)容變壓器已大批量應(yīng)用，特別是近年“煤改電”工程全部采用這種變壓器。該項關(guān)鍵技術(shù)、系列裝備及規(guī)?；瘧?yīng)用于2020年榮獲國家科學(xué)技術(shù)進步二等獎。

1 常規(guī)免維護有載調(diào)容變壓器

調(diào)容變壓器使用的調(diào)容開關(guān)以油開關(guān)為主，油開關(guān)在切換過程中會產(chǎn)生電弧，電弧除了會污染變壓器油，還會燒蝕觸頭，因此需要定期維護變壓器，但對于用量巨大的10kV配電變壓器，定期維護必將花費大量的人力、物力、財力。若采用在線濾油裝置，還需更換濾網(wǎng)，油泵是否能長期在線工作，可靠性需驗證。因此調(diào)容開關(guān)又發(fā)展為將油開關(guān)更換為真空開關(guān)，實現(xiàn)調(diào)容開關(guān)的真正免維護，但調(diào)容開關(guān)實際需要的真空泡很多，圖1所示為目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變原理。

圖1 Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變原理

由圖1可以看出，此調(diào)容開關(guān)共需高壓真空泡9個、低壓真空泡12個，如果調(diào)容開關(guān)兼具調(diào)壓功能，此高壓真空泡至少還需要增加6個，則真空泡的數(shù)量將在21-27范圍內(nèi)，將急劇增加調(diào)容開關(guān)的成本，且將二十多個真空泡安裝在調(diào)容開關(guān)內(nèi)，需要調(diào)容開關(guān)具有較大體積，導(dǎo)致調(diào)容變的體積及用油也會大幅增加，嚴(yán)重降低調(diào)容變的性價比，使其失去推廣使用的意義。

2 過渡變壓器型有載調(diào)容變壓器

2.1方案介紹

有沒有一種低成本免維護有載調(diào)容配電變壓器方案呢?調(diào)容開關(guān)如果能夠像有載真空調(diào)壓開關(guān)一樣，將開關(guān)分為切換開關(guān)和選擇開關(guān)兩部分，僅靠切換開關(guān)轉(zhuǎn)換負荷滅弧，選擇開關(guān)用來調(diào)節(jié)檔位，不需要承擔(dān)滅弧任務(wù)，使用真空泡的數(shù)量將大大降低。

調(diào)壓開關(guān)之所以能夠?qū)n位選擇和負荷切換分為兩部分，是因為切換開關(guān)將檔位選擇部分的繞組進行了短接和隔離，但根據(jù)圖1可知，調(diào)容變壓器的繞組不能被這樣操作。但如果在調(diào)容變壓器調(diào)容操作的瞬間將負荷轉(zhuǎn)給一個過渡變壓器，主調(diào)容變壓器暫斷開電路，這樣調(diào)容開關(guān)可以在不帶電的情況下進行轉(zhuǎn)換，不需要真空泡也可達到不產(chǎn)生電弧、免維護的目的。

然而，還存在一個問題是：為了供電連續(xù)性，必然有瞬時需要過渡變壓器能夠同大容量狀態(tài)的調(diào)容變壓器并聯(lián)，還需要有瞬時同小容量狀態(tài)的調(diào)容并聯(lián)。這就要求調(diào)容變壓器大容量和小容量時一次側(cè)和二次側(cè)電壓差，也就是“鐘點”接法相同且同過渡變壓器的一樣，否則兩變壓器間將產(chǎn)生嚴(yán)重環(huán)流，而且切換瞬間會存在相位突變。目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變將不適合，但目前出現(xiàn)的調(diào)容變壓器還有Dyn11(Dyn11)和Dyn11(Yzn11)兩種，這兩種變壓器原理圖如圖2～3所示。

圖2 Dyn11(Dyn11)型調(diào)容變原理

圖2所示Dyn11(Dyn11)型調(diào)容變原理和圖3所示Dyn11(Yzn11)型調(diào)容變原理，在調(diào)容前后“鐘點”相同，過渡變壓器采用Dyn11或Yzn11型即可滿足上述要求。

圖3 Dyn11(Yzn11)型調(diào)容變原理

2.2 調(diào)容方案確定

由圖2～3可知，Dyn11(Dyn11)型調(diào)容變壓器高壓側(cè)繞組和低壓側(cè)繞組調(diào)容時均進行串并聯(lián)操作，除了高壓繞組繞制復(fù)雜外，調(diào)壓時還要求在串并聯(lián)的兩段繞組上均進行抽頭，這樣會增加調(diào)壓開關(guān)的制作難度。而Dyn11(Yzn11)調(diào)容變壓器的繞組高壓側(cè)同目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變一樣簡單，調(diào)壓實現(xiàn)難度也一樣，低壓繞組甚至比Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變少繞一段。另外Dyn11(Yzn11)調(diào)容變壓器同Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變壓器比因為零序阻抗低，還可以解決小容量Yyn0接法時低壓三相不平衡會引起電壓偏差嚴(yán)重的問題，采用了Z型接法時防雷性能優(yōu)良。因此筆者選擇Dyn11(Yzn11)型調(diào)容變壓器作為本方案的主變壓器。圖4所示為本方案具體實現(xiàn)電路圖。

圖4 本方案實現(xiàn)原理電路

2.3 方案優(yōu)點

本方案為僅高壓側(cè)使用6個真空泡，其他開關(guān)為普通油內(nèi)觸頭開關(guān)， 過渡變壓器高低壓側(cè)開關(guān)同時開始動作，因設(shè)置低壓側(cè)斷口較短，先進行合閘，因此時高壓側(cè)真空開關(guān)還未閉合，所以是在不帶負荷情況下進行的合閘，僅有過渡變壓器空載電流。過渡變壓器高壓側(cè)真空開關(guān)閉合后，整個過渡裝置和調(diào)容變壓器構(gòu)成了并聯(lián)，主調(diào)容變壓器前高壓開關(guān)斷電調(diào)容。開關(guān)在進行調(diào)容轉(zhuǎn)換時，變壓器也僅有空載電流，當(dāng)調(diào)容變調(diào)容開關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，過渡裝置和調(diào)容變壓器仍并聯(lián)，此時過渡裝置的高低壓側(cè)開關(guān)同時開始分閘，同樣因低壓側(cè)開關(guān)斷口設(shè)置的短，高壓側(cè)真空開關(guān)先分開，先分開的開關(guān)分段了過渡裝置并聯(lián)時承擔(dān)的負荷，而低壓側(cè)分開無需斷開負荷。由于10kV桿上變壓器容量較小，空載電流也極小，因此動作時不會產(chǎn)生明顯電弧，因而不會燒蝕觸頭，對變壓器油污染也達到極小的程度，可達到長期免維護的目的。

本方案的關(guān)鍵點是過渡變壓器成本。那么分析此過渡變壓器作用可知，以400(125)型調(diào)容變壓器為例其調(diào)容轉(zhuǎn)換點在70～80kVA，即使調(diào)容變和過渡變壓器電壓檔位不同，其變壓器間環(huán)流也可計算控制。因過渡變壓器是瞬時工作制的，每次調(diào)容僅需工作大約40ms，其散熱可不用考慮，只需考慮熱穩(wěn)定性、過渡過程中的電壓降低，空負載損耗均無需指標(biāo)要求，根據(jù)這一原則各廠家的可優(yōu)化設(shè)計其體積及成本。

另外本過渡變壓器在壓降設(shè)計合理的情況下，甚至可以連同調(diào)壓時也使用本方案，這樣真空泡使用數(shù)量會更低。

2.4 方案實現(xiàn)及試運行

以下為按本文方案制造的400(125)kVA有載有載調(diào)容變壓器，帶典型的阻感性負載在80kVA左右負荷時(調(diào)容變壓器臨界轉(zhuǎn)換點)，負荷上的測試的電壓波形。圖5所示為波形圖。

圖5 實驗波形圖

從圖5波形圖上看大、小容量轉(zhuǎn)換過程，可以發(fā)現(xiàn)，電壓相位未發(fā)生突變，且波形連續(xù)。本方案過渡變壓器成本約為調(diào)容開關(guān)價格的一半。

2020年3月，上述變壓器試品在河南三門峽供電公司掛網(wǎng)安裝了5臺，本方案調(diào)容變壓器安裝方式同普通變壓器類似，按照國網(wǎng)公司配電網(wǎng)工程典型設(shè)計10kV配電變臺分冊可順利安裝。試運行期間，每月進行油氣分析，各項指標(biāo)均保持正常，沒有油碳化現(xiàn)象發(fā)生。設(shè)備運行一年至2021年4月，拆除后按照新變壓器進行各項出廠試驗均合格，說明其免維護性能良好。在調(diào)容變壓器掛網(wǎng)期間，變壓器自身損耗電度同前一年度相比，平均降低了約1 300kWh， 說明本方案同樣達到了調(diào)容變壓器的節(jié)能效果。

3 結(jié)束語