徐東偉+田程濤+魏劍嘯+張虹

摘 要：本文介紹了一種新型有載調(diào)容組合式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其具有節(jié)能效果明顯、智能化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝維護(hù)方便等特點(diǎn)，筆者從變壓器的整體機(jī)構(gòu)到鐵心、繞組、開(kāi)關(guān)等各方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的說(shuō)明。并通過(guò)試驗(yàn)論證，此種有載調(diào)容變壓器的節(jié)能效果明顯、運(yùn)行中本體和開(kāi)關(guān)故障低，特別適用于10KV以下配電網(wǎng)。

關(guān)鍵詞：有載調(diào)容變壓器；優(yōu)化設(shè)計(jì)；節(jié)能

中圖分類(lèi)號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0137-03

變壓器作為電力系統(tǒng)中利用率最高的電氣設(shè)備，它的損耗也直接影響著整個(gè)電力系統(tǒng)的能量損耗，因此，采用節(jié)能型有載調(diào)容變壓器已成為現(xiàn)在電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)現(xiàn)行配電變壓器，包括箱式變電站其變壓器的額定容量大都固定不變且按用戶(hù)最大負(fù)荷來(lái)配制。這就造成網(wǎng)絡(luò)無(wú)功分量過(guò)大，變壓器空載損耗相對(duì)輸電容量比例過(guò)大，使大量電能浪費(fèi)在網(wǎng)絡(luò)無(wú)功電流損耗及變壓器空載損耗中。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的少量有載調(diào)容變壓器，可以部分的解決上述問(wèn)題，但其功能單一。難以滿足我國(guó)變配電領(lǐng)域向節(jié)能、智能化、高效率、穩(wěn)定供電質(zhì)量的發(fā)展的要求。

1 有載調(diào)容變壓器設(shè)計(jì)原理

筆者所提及的此種變壓器在設(shè)計(jì)時(shí)具備大小兩個(gè)額定容量。高壓繞組在大容量時(shí)為三角形連接，低壓繞組為段2與段3并聯(lián)（段2和段3匝數(shù)相同）然后和段1串聯(lián)（段1導(dǎo)線截面積約為段2（或3）的2倍），此時(shí)低壓繞組的匝數(shù)為段1的匝數(shù)與段2（或3）。在小容量時(shí)，高壓繞組改為星形連接，匝電壓為原來(lái)的1/，低壓線圈則改成段1、段2、段3串聯(lián)，合理選擇匝數(shù)，其匝電壓也要改為原來(lái)的1/，以保證輸出電壓不變。有載調(diào)容調(diào)壓變壓器繞組連接原理圖見(jiàn)圖1。

顯然，由于匝電壓大幅降低，鐵芯中磁通密度亦大幅降低，使變壓器在小容量狀態(tài)下其空載損耗大大降低，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能之目的。它特別適用于季節(jié)性用電不均和時(shí)段性負(fù)荷差異大的農(nóng)村電網(wǎng)。

2 有載調(diào)容變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在變壓器的整體結(jié)設(shè)計(jì)上，筆者采用了一種智能控制柜和有載調(diào)容變壓器底部公用底座槽鋼，上部通過(guò)固定架和變壓器油箱相連的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一體化結(jié)構(gòu)。具有結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便的特點(diǎn)。且油箱采用波紋式油箱，波紋片選用先進(jìn)的焊接工藝，具有承受壓力強(qiáng)、彈性形變優(yōu)、散熱系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。有載調(diào)容變壓器整體結(jié)構(gòu)外形圖見(jiàn)圖2。

鐵心的材料和結(jié)構(gòu)直接影響了變壓器的損耗，因此在鐵心的選材和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，我們鐵心采用高導(dǎo)磁、冷軋晶粒取向優(yōu)質(zhì)硅鋼片，并采用連續(xù)卷制方式形成階梯圓形鐵心，這種鐵心比傳統(tǒng)的疊鐵心的鐵心四角減少大、小各4個(gè)尖角，故鐵重減小。又因卷鐵心幾乎沒(méi)有接縫，連續(xù)卷繞又充分利用硅鋼片的取向性，且成自然緊固狀態(tài)，無(wú)需夾件緊固，避免夾緊引起的損耗增大。同時(shí)也降低了噪聲。

有載調(diào)容變壓器在運(yùn)行中，其繞組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選用以及絕緣處理是否與變壓器油相容，直接決定了變壓器的使用壽命。在結(jié)構(gòu)上，繞組采用獨(dú)特的圓筒式結(jié)構(gòu)及絕緣，利用環(huán)形附加絕緣，以滿足繞組在串、并聯(lián)狀態(tài)下的絕緣性能要求。高、低壓繞組的所有抽頭均與有載調(diào)容開(kāi)關(guān)緊固在一起，低壓繞組的出頭、升層及換位處均加強(qiáng)絕緣。在選材上，高壓繞組采用QQ-2縮醛漆包銅線，以提高與變壓器油的相容性，高壓引線從器身上部通過(guò)導(dǎo)線夾夾持后引到有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)中，低壓引線通過(guò)側(cè)面用銅排焊接后引到開(kāi)關(guān)上，這樣可減少引線長(zhǎng)度，降低負(fù)載損耗。

由于低壓出頭數(shù)較多，引線焊接點(diǎn)也較多，因此傳統(tǒng)的紙板粘墊塊這樣的結(jié)構(gòu)就不能滿足機(jī)械強(qiáng)度的需要，筆者采用一種環(huán)氧板整體結(jié)構(gòu)的新型鐵軛絕緣，效果很好。

3 有載調(diào)容開(kāi)關(guān)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)的使用壽命直接影響變壓器的使用質(zhì)量，開(kāi)關(guān)在有載調(diào)容時(shí)，極間電壓過(guò)高、切換過(guò)程斷電問(wèn)題已成為行業(yè)難題。為了保證變壓器的有效不間斷運(yùn)行，我們?cè)陂_(kāi)關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了研究。

優(yōu)化設(shè)計(jì)的整體思路為在有載調(diào)容開(kāi)關(guān)的基礎(chǔ)上。通過(guò)設(shè)計(jì)新的串聯(lián)多斷口形式和快速機(jī)構(gòu)布置模式，將調(diào)容與調(diào)壓觸頭組集成，產(chǎn)生一種新型機(jī)構(gòu)的有載調(diào)容開(kāi)關(guān)，并避免了機(jī)械干涉，降低了成本、體積，外形與原調(diào)容開(kāi)關(guān)基本相同，新設(shè)計(jì)的配電變壓器也降低了綜合造價(jià)。

3.1 新的調(diào)容多斷口設(shè)計(jì)

新的多斷口技術(shù)完成了對(duì)高電壓的切換，可是相應(yīng)的問(wèn)題確是多個(gè)觸頭的串聯(lián)排布占用了太多空間，已經(jīng)沒(méi)有放置調(diào)壓觸頭的位置了，如圖3（a）所示。因此我們對(duì)串聯(lián)多斷口進(jìn)行了改良，如圖3（b）所示。將過(guò)度電阻一分為二，根據(jù)電阻所連斷口數(shù)量分配組織比例，這樣，過(guò)渡支路電壓會(huì)被電阻強(qiáng)制分配，所以不再需要個(gè)別靜觸頭了，從而有足夠的空間布置調(diào)壓分接觸頭。因此實(shí)現(xiàn)了7個(gè)分接神的有載調(diào)容調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)的觸頭排布。

3.2 調(diào)壓與調(diào)容兩套機(jī)構(gòu)的設(shè)置問(wèn)題

在傳統(tǒng)的V型有載分接開(kāi)關(guān)中，有兩套（動(dòng)觸頭）轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，但是這種設(shè)計(jì)并不適用于有載調(diào)容調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)，原因是調(diào)容與調(diào)壓需要彼此獨(dú)立運(yùn)行，互不制約。還有就是作為面向配電變壓器使用的產(chǎn)品，不可能允許復(fù)雜的機(jī)構(gòu)和龐大的體積，這些問(wèn)題都為設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度。

解決這個(gè)問(wèn)題的思路是，原有的調(diào)容機(jī)構(gòu)不動(dòng)，在其支架的下面，設(shè)置一套調(diào)壓快速機(jī)構(gòu)，電機(jī)的動(dòng)力由支架上面引入，以支架為平面，上、下兩側(cè)分別形成共軸的兩套快速機(jī)構(gòu)。

而且有載調(diào)容開(kāi)關(guān)為立式圓筒式結(jié)構(gòu)，開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，緊固在絕緣筒上，切換過(guò)程中無(wú)卡死現(xiàn)象，接觸電阻小

3.3 在線濾油補(bǔ)油裝置

農(nóng)村用電24小時(shí)負(fù)荷變化較大，“餐峰”、“燈峰”時(shí)段的負(fù)荷幾乎是低谷時(shí)負(fù)荷的2-6倍，為提高電壓質(zhì)量，變壓器在調(diào)容同時(shí)還頻繁調(diào)整變壓器有載調(diào)壓的檔位，每次調(diào)壓都會(huì)因弧光產(chǎn)生游離碳等有害物質(zhì)，這些雜質(zhì)的形成降低了變壓器油絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，同時(shí)使有載調(diào)壓裝置的絕緣油減少，因此，開(kāi)關(guān)的自動(dòng)濾油裝置就可以自動(dòng)對(duì)有載開(kāi)關(guān)本體內(nèi)的變壓器油進(jìn)行過(guò)濾，確保開(kāi)關(guān)內(nèi)的變壓器油潔凈，使開(kāi)關(guān)的維護(hù)時(shí)間大為減少，接近于零維護(hù)。開(kāi)關(guān)具有獨(dú)立油室，不會(huì)污染變壓器本體的油。

4 試驗(yàn)論證

有載調(diào)容變壓器的試驗(yàn)主要集中在變壓器本身的產(chǎn)品性能和節(jié)能成效以及開(kāi)關(guān)的動(dòng)作時(shí)間上，基于變壓器本體和開(kāi)關(guān)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，有載調(diào)容變壓器在這幾方面都有明顯改善。

有載調(diào)容調(diào)壓開(kāi)關(guān)作為有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的重要組成部分，根據(jù)用戶(hù)所帶負(fù)荷大小自動(dòng)檢測(cè)判斷，在變壓器不停電狀態(tài)的下，對(duì)變壓器容量進(jìn)行自動(dòng)切換，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行過(guò)程中變壓器容量大小的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。因此筆者選取有載調(diào)容調(diào)壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行了針對(duì)性測(cè)試。

（1）變壓器低壓側(cè)空載，高壓側(cè)施加額定電壓10kV，測(cè)試接線示意圖如4。

（2）變壓器低壓側(cè)短路，在高壓側(cè)施加400V，低壓側(cè)高容電流715A，低容電流230A，測(cè)試接線示意圖如5。

測(cè)試項(xiàng)目：有載調(diào)容調(diào)壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間。

測(cè)試要求：有載調(diào)容開(kāi)關(guān)的切換過(guò)程應(yīng)在20ms～40ms內(nèi)完成，且保持低壓側(cè)供電連續(xù)性（Q/GDW731-2012）。

（1）變壓器低壓側(cè)空載，高壓側(cè)施加額定電壓10kV，開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間如表1：（單位：ms）。

測(cè)試數(shù)據(jù)：

測(cè)試波形圖如6。

（2）變壓器低壓側(cè)短路，在高壓側(cè)施加400V，低壓側(cè)高容電流715A，低容電流230A，開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間升容：31.2ms；降容：31.8ms，波形圖如7。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，此種有載調(diào)容變壓器的本體和開(kāi)關(guān)組合結(jié)合更為緊密，使其在運(yùn)行中本體和開(kāi)關(guān)故障率大為降低，維護(hù)更為方便，并通過(guò)試驗(yàn)論證，此種有載調(diào)容變壓器的節(jié)能效果明顯，特別適用于10KV以下配電網(wǎng)。其智能化無(wú)功補(bǔ)償裝置很好滿足了智能電網(wǎng)的要求，可以很好改善農(nóng)村用電網(wǎng)季節(jié)性負(fù)荷和時(shí)段性負(fù)荷的峰谷式變化對(duì)變壓器使用壽命的影響和運(yùn)行安全性要求。真正實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的，降低了電網(wǎng)系統(tǒng)損耗。

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