配電變壓器電壓偏移及無載調(diào)壓

梁艷娟

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司珠海供電局，廣東珠海，519000）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力的需求量不斷增加。與此同時(shí)，精密加工以及人們生活對(duì)電能質(zhì)量的要求也日趨嚴(yán)格。在電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)定義中，電壓是一個(gè)重要的指標(biāo)。在電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，負(fù)荷變化、運(yùn)行操作以及運(yùn)行方式變化等因素都將造成電壓的波動(dòng)和偏移，嚴(yán)重情況下甚至出現(xiàn)超出允許范圍的不合格電壓（低電壓或高電壓）。不合格的電壓會(huì)對(duì)用電設(shè)備產(chǎn)生重要的影響。在不合格電壓情況下運(yùn)行，機(jī)器設(shè)備會(huì)出現(xiàn)大量的廢品和次品，生產(chǎn)效率大大降低，與此同時(shí)，機(jī)器設(shè)備的使用壽命將縮短，有時(shí)甚至?xí)l(fā)生燒壞現(xiàn)象，給用戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，也給電力企業(yè)的社會(huì)聲譽(yù)帶來極大的負(fù)面影響。在配電網(wǎng)絡(luò)中，為減小電壓偏移、保證供電電壓質(zhì)量，目前采用最多、最普遍的一種有效措施為合理采用變壓器進(jìn)行調(diào)壓是[1-2]。

本文介紹了變壓器的基本原理及其種類，對(duì)配電網(wǎng)電壓偏移的原因及危害進(jìn)行了分析，最后介紹了配電變壓器的無載調(diào)壓原理和基本操作，可作為配電網(wǎng)運(yùn)行參考。

1 變壓器基本原理及種類

1.1 變壓器基本原理

作為供配電系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備，配電變壓器的作用為實(shí)現(xiàn)不同電壓等級(jí)之間的電能轉(zhuǎn)換。即將某一電壓等級(jí)的電能轉(zhuǎn)換為另一電壓等級(jí)的電能，以便于電能的合理輸送、分配以及使用。在配電變壓器中，其主要結(jié)構(gòu)包括鐵芯和繞組。其中鐵芯由硅鋼片(或矽鋼片)疊成，繞組為繞在鐵芯上的兩組（或兩組以上）線圈。如圖1所示，配電變壓器運(yùn)行時(shí)，其一次線圈和交流電源接通，一次線圈流過交流電流。根據(jù)電磁感應(yīng)原理可以知道，變壓器的鐵芯中將產(chǎn)生交流變化的磁場(chǎng)。與此同時(shí)，根據(jù)變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)可以知道，在同一鐵芯上，同時(shí)繞著二次線圈和一次線圈，故二次線圈將產(chǎn)生和一次電源頻率相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)[3-5]。

圖1 配電變壓器原理圖

則一次線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和一次線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2分別為：

式（1）和式（2）中，N1和N2分別為一次線圈和二次線圈的匝數(shù)。

由式（1）和式（2）中可以看出，變壓器一次線圈和二次線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與其匝數(shù)成正比。另外，從兩式中還可以看出，一次線圈與二次線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之比等于其匝數(shù)之比。由以上分析可以得知，根據(jù)一次線圈和二次線圈匝數(shù)的不同，變壓器把某一電壓等級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪浑妷旱燃?jí)。

1.2 配電變壓器種類

目前，在配網(wǎng)中使用的變壓器按冷卻方式可分為干式變壓器和油浸式變壓器兩種：（1）干式變壓器：干式變壓器的冷卻方式包括自然冷卻和機(jī)械冷卻，其中自然冷卻依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻，機(jī)械冷卻依靠增加風(fēng)機(jī)等進(jìn)行冷卻。干式變壓器多為小容量變壓器，主要應(yīng)用于樓層較高建筑、高速公路收費(fèi)站用電等。（2）油浸式變壓器：油浸式變壓器以絕緣性好、冷卻性好的變壓器油作為絕緣介質(zhì)和冷卻介質(zhì)。油浸式變壓器由于具有低損耗、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，適用于城鄉(xiāng)、工礦企業(yè)等地方的電網(wǎng)建設(shè)及改造，更適用于戶外臺(tái)架變壓器、組合式變壓器和預(yù)裝式變電站用變壓器。

2 配電網(wǎng)電壓偏移的原因及危害

2.1 電壓偏移的原因

在配電網(wǎng)的運(yùn)行過程中，由于檢修、故障等原因而進(jìn)行的倒負(fù)荷操作，將導(dǎo)致配電網(wǎng)的運(yùn)行方式發(fā)生改變。同時(shí)，功率在配電網(wǎng)中的分布也將發(fā)生變化。由于電壓損耗和功率分布有關(guān)，所以電壓損耗將發(fā)生變化，即配電網(wǎng)中的電壓發(fā)生變化。根據(jù)具體原因分析，主要有以下幾個(gè)方面[2]。

（1）電力負(fù)荷的變動(dòng)。在人們的日常生產(chǎn)和生活中，不同性質(zhì)負(fù)荷呈現(xiàn)不同的用電規(guī)律，導(dǎo)致負(fù)荷曲線的不斷改變，從而導(dǎo)致電壓隨負(fù)荷曲線的變化發(fā)生相應(yīng)變動(dòng)。

（2）電力系統(tǒng)接線方式的變動(dòng)。為配合電網(wǎng)的停電檢修等內(nèi)容，需要進(jìn)行相應(yīng)停電操作，電力系統(tǒng)的接線方式發(fā)生改變，電網(wǎng)阻抗參數(shù)以及功率在電網(wǎng)中分布隨之改變，進(jìn)而使影響電壓分布。

（3）電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生障礙。當(dāng)電網(wǎng)設(shè)備發(fā)生故障后，相關(guān)運(yùn)維部門將采取相應(yīng)措施隔離故障設(shè)備并恢復(fù)非故障設(shè)備的供電。此時(shí)，電網(wǎng)處于非正常運(yùn)行，電壓將發(fā)生變動(dòng)。此外，故障設(shè)備退出工作，引起電網(wǎng)阻抗參數(shù)以及功率在電網(wǎng)中分布的改變，進(jìn)而使電壓發(fā)生變動(dòng)。

2.2 電壓偏移的危害

根據(jù)供電設(shè)備的設(shè)計(jì)原理，當(dāng)其運(yùn)行電壓為額定電壓時(shí)，工作效率最高。而當(dāng)其在超出規(guī)定范圍外的電壓下運(yùn)行時(shí)，其工作效率將降低，不利于其安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此外，設(shè)備運(yùn)行條件的惡化，將縮短供電設(shè)備的壽命。同樣，在額定電壓下運(yùn)行時(shí)，用電設(shè)備的性能和效率都將處于最好狀況。當(dāng)其兩端電壓偏離額定電壓時(shí)，其性能和效率都會(huì)降低，使用壽命也會(huì)相應(yīng)縮短。嚴(yán)重情況時(shí)，電壓偏差超過一定范圍，則會(huì)因?yàn)檫^電壓或過電流原因而損壞設(shè)備。

3 配電變壓器無載調(diào)壓

為減小電壓偏移、保證電能質(zhì)量，采用變壓器不同電壓檔位進(jìn)行調(diào)壓，是目前采用最多、最普遍的一種有效措施。在傳統(tǒng)有載調(diào)壓變壓器中，其采用的分接開關(guān)為機(jī)械式有觸點(diǎn)式自動(dòng)分接開關(guān)。對(duì)于這種開關(guān)，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)造價(jià)較高，且不能頻繁對(duì)其進(jìn)行調(diào)壓操作。如果運(yùn)用此種方式進(jìn)行配電變壓器調(diào)壓，成本將大大增加，所以目前配電變壓器的調(diào)壓方式采用無勵(lì)磁(或稱無載)調(diào)壓，該調(diào)壓方式為在停電情況下，通過調(diào)節(jié)分接頭達(dá)到調(diào)壓目的。

3.1 無載調(diào)壓基本原理

調(diào)壓時(shí)，斷開變壓器進(jìn)線開關(guān)，即變壓器的一次側(cè)與電源斷開（無電源勵(lì)磁），同時(shí)斷開變壓器低壓出線總開關(guān)，即變壓器的二次側(cè)不帶負(fù)載，這種調(diào)壓方式稱為無載調(diào)壓。

如圖4所示，U、V、W、代表變壓器高壓側(cè)的三相繞組，每相繞組根據(jù)調(diào)壓需要引出幾個(gè)抽頭并接到分接開關(guān)上，每個(gè)抽頭對(duì)應(yīng)著不同的接入匝數(shù)。進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)分接開關(guān)的觸頭，改變高壓側(cè)繞組接入的匝數(shù)，即改變變壓器的變比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)變壓器低壓側(cè)電壓的目的[6-8]。

圖4 變壓器的分接開關(guān)

3.2 無載調(diào)壓基本操作

我國常用的配電變壓器高壓繞組通常有3個(gè)或5個(gè)調(diào)壓位置，調(diào)壓原理基本相同。下面以變比為10/0.4KV，高壓繞組上有三個(gè)調(diào)壓位置(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)的配電變壓器為例說明。當(dāng)分接開關(guān)位于中間位置（Ⅱ位置）時(shí)，表示電壓為額定電壓UN，當(dāng)分接開關(guān)位于Ⅰ位置時(shí)，表示電壓為(1+5%)UN，當(dāng)分接開關(guān)位于Ⅲ位置時(shí)，表示電壓為(1-5%)UN。即當(dāng)分接開關(guān)位于Ⅰ位置時(shí),變壓器的變比10.5/0.4kV，當(dāng)分接開關(guān)位于Ⅱ位置時(shí)，變壓器的變比10/0.4kV，當(dāng)分接開關(guān)位于Ⅲ位置時(shí)，變壓器的變比9.5/0.4kV。

假設(shè)變壓器運(yùn)行時(shí)，分接開關(guān)位于Ⅱ位置，根據(jù)變壓器一次線圈電壓U1和二次線圈電壓U2的關(guān)系，即U2=U1/K，則變壓器調(diào)壓的基本操作如下：當(dāng)變壓器低壓側(cè)電壓過高時(shí)，將分接開關(guān)調(diào)到Ⅰ位置，增大變比，降低低壓側(cè)電壓；當(dāng)變壓器低壓側(cè)電壓過低時(shí)，將分接開關(guān)調(diào)到Ⅲ位置，減小變比，提升低壓側(cè)電壓，即“高往高調(diào)，低往低調(diào)”。

4 結(jié)論

本文分別介紹了配電變壓器的基本原理及其種類，并分析了電壓偏移的原因及其對(duì)配電網(wǎng)危害，最后介紹了配電變壓器的無載調(diào)壓原理和基本操作，可作為配電網(wǎng)運(yùn)行參考。