變電站站用變壓器選擇及容量計算

馮 麗

海南電力設計研究院，海南海口 570203

近幾年來，隨著“家電下鄉”、“以舊換新”等一系列激勵性政策的實施，空調、電飯煲、電磁爐、電壓力鍋、電熱水器、電水壺、潛水泵等家電產品幾乎是每個家庭的必需品。當然，變電站值班人員的也離不開這些家電，這樣就造成所用負荷的增大，對負荷統計及計算是站用變壓器容量選擇必須條件。

1 站用變壓器的負荷計算原則及分類

1.1 負荷計算原則

1）連續運行及經常短時運行的設備應予計算；

2）不經常短時及時不經常斷續運行的設備不予計算。

負荷計算一般均采用換算系數法。將負荷的額定功率千瓦時換算為站用變壓器的計算負荷千伏安，電動機負荷的換算系數一般采用0.85，電熱負荷及照明負荷的換算系數取1。

1.2 負荷的分類

類負荷：短時停電可能影響人身或設備安全，使生產運行停頓或主變壓器減載的負荷。

類負荷：允許短時停電，但停電時間過長，有可能影響正常生產運行的負荷。

類負荷：長期停電不會直接影響生產運行的負荷。

1.3 主要負荷特性

類負荷：經常、連續性負荷：變壓器強油風（水）冷確裝置、載波、微波通信電源、遠動裝置、微機監控系統、微機保護、檢測裝置電源、不經常、短時性負荷：消防水泵、變壓器水噴霧。

類負荷：經常、斷續性負荷：變壓器有載調壓裝置、有載調壓裝置的帶電濾油裝置、斷路器、隔離開關操作電源、斷路器、隔離開關、端子箱加熱、經常、短時性負荷：深井水泵或給水泵、生活水泵、不經常、連續性負荷：事故通風

類負荷：經常、連續性負荷：通風機、空調機、電熱鍋爐、所區生活用電、不經常、連續性負荷：配電裝置檢修電源。

注：連續——每次連續帶負荷運轉2h以上的。

短時——每次連續帶負荷運轉2h以內，10min以上的。

斷續——每次使用從帶負荷到空載或停止，反復周期地工作，每個工周期不超過10min的。

經常——指與正常生產過程有關的，一般每天都要使用的負荷。

不經常——指正常不用，只在檢修、事故或者特定情況下使用的負荷。

2 站用變壓器容量的選擇

綜合各種用電設備的設施容量，求出計算負荷（一般不計消防負荷），補償后的視在容量是選擇變壓器容量和臺數的依據。一般變壓器的負荷率85%左右。

S ≥ K1×P1+P2+P3 式（1-1）

式中：S——站用變壓器容量（kVA）；

K1——站用動力負荷換算系數，一般取K1=0.85；

P1——站用動力負荷之和（kW）；

P2——站用電熱負荷之和（kW）；

P3——站用照明負荷之和（kW）。

3 站用變壓器型式和阻抗選擇

3.1 站用變壓器型式

站用變壓器連接組別宜使各站用工作變壓器及站用備用變壓器輸出電壓一致。

目前，我國站用變壓器的主要采用D，yn和Y，yn兩種聯接組別。聯接組別D，yn站用變壓器比Y，yn站用變壓器的零序阻抗大大減小了，其值約與其正序阻抗相等，使單相短路電流增大，縮小了與三相短路電流的差異。這不僅可直接提高單相短路時保護設備的靈敏度，利于保護設備與饋線電纜截面的選擇配合；而且可簡化保護方式，可不裝設單獨的單相短路保護，利用高壓側的過電流保護兼低壓側單相短路保護。

D，yn聯接變壓器的三角形繞組，為三次諧波電流或零序電流提供了通路，使相電壓更接近正弦波，改善了電壓波形質量；另外，當低壓側三相負荷不平衡時，這種聯接的變壓器不會出現低壓側中性點的浮動位移，保證了供電電壓質量。

故站用變壓器宜選用D，yn聯接的變壓器。

3.2 站用變壓器阻抗選擇

站用變壓器的阻抗應按低壓電器對短路電流的承受能力確定，宜采用標準阻抗系列的普通變壓器。

4 工程實例設計

東方龍北220kV變電站站用變壓器選擇及容量計算：

該站用變壓器選用干式變壓器。干式變壓器具有以下優點：

1）特點及結構

干式變壓器沒有油，也就沒有火災、爆炸、污染等問題，故干式變壓器布置可以不要求單獨房間內。

干式變壓器具有低噪聲低損耗，使干式變壓器更加節能、更加寧靜。

2）防護方式

根據使用環境特征及防護要求，干式變壓器可選擇不同的外殼。

龍北站選用IP23防護外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物及鼠、蛇、貓、雀等小動物進入，造成短路停電等惡性故障，為帶電部分提供安全屏障。

3）冷卻方式

干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻（AN）和強迫空氣冷卻（AF）。

自然空氣冷卻，變壓器可在額定容量下長期連續運行。

強迫空氣冷卻，變壓器輸出容量可提高50%。

4）龍北220kV站站用變壓器選用干式變壓器、強迫空氣冷卻、帶防護外殼型。

技術參數為：

使用頻率：50Hz/60Hz；空載電流：<4%；

耐壓強度：2 000V/min無擊穿；絕緣等級：F級；

連接方式：△/Y0；線圈允許溫升：I00K；

散熱方式：自然風冷；、噪音系數：≤30dB

工作環境0℃～40℃，相對濕度<80%，海拔高度：不超過2 500m。

根據電氣二次專業、土建暖通專業提供的資料以及變電站內生活照明所需要的用電負荷統計見下表：

序號 名稱 容量kW 名稱 容量kW 名稱 容量kW 備注1 主變端子箱 15 220kV配電裝置 38 室外照明電源 4.8經常、連續2 1#主變風冷 8.5 110kV配電裝置 38 主控樓照明電源 2.11經常、連續3 2#主變風冷 8.5 10kV開關柜加熱 10 警衛室照明電源 10 經常、連續4 綜合保護室實驗 3 站用電直流高頻開關 40 10kV配電裝置照明 1.01經常、連續5消弧線圈控制 1.5 繼電保護實驗電源屏 20 經常、連續6 通信電源 10 風機 3.31 經常、連續7 UPS逆變電源 5 空調 58.8 經常、連續8 水泵房電源 9.34 經常、短時9 P1 60.84 P2 208.11 P3 17.92

根據式（1-1）S≥K1×P1+P2+P3得：

S≥0.85×60.784+208.11+17.92=277.7kVA；選擇變壓器容量：400kVA

5 結論

變電站站用變壓器的選擇需要對站用變壓器型式油式變壓器還是干式變壓器、連接組別D，yn和Y，yn兩種聯接組別進行比較分析討論。

目前根據經驗選擇：一般站用變壓器布置于戶內則選用干式變壓器，戶外選用油浸式變壓器。10kV站用變壓器選擇D，yn接線型式，35kV站用變壓器連接組別選擇Y，yn接線型式。

站用變壓器容量計算，需要根據對各負荷運行方式進行分析比較。對連續運行的設備，不論是經常運行的，還是不經常的負荷都應予以計算。不經常短時及不經常斷續運行的設備，由于其運行時間較短，且又不是不經常運行的，考慮到變壓器的過負荷能力，此類負荷可不計算。因此，分析各負荷運行方式及負荷計算是選擇站用變壓器容量的必須條件。

[1]西北電力設計院編.電力工程電氣設計手冊.第一冊：電氣一次部分.中國電力出版社，1996.

[2]220kV～500kV變電所所用電設計技術規程.DL/T 5155-2002.中國電力出版社，2002.