淺談變壓器的設計選型

摘要：主變壓器作為一種重要的電氣設備，在電力系統中起著非常重要的作用，因此必須保證主變壓器的合理運行。在主變壓器的實際運行和應用中，需要對主變壓器進行設計，主變壓器的設計和選擇在主變壓器的設計過程中具有重要的意義。

關鍵詞：變壓器;設計選型;選擇

1 主變壓器設計選型關注的要點

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有關。鐵耗又被稱為空載損耗，和負載的大小沒有關系，鐵耗的嚴重程度主要取決鐵芯的質量，所以在選擇是一定要選擇低損耗的材質。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所引起的電流沿導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載電流不可超過負載電流。第二，無功損耗。電力變壓器的無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所決定。

1.2 電力超標故障

變壓器作為一項電力設備，其雖然承擔著轉變、穩定電壓的重要作用，但其自身也存在額定電壓，一旦經過變壓器的電壓超過額定電壓，變壓器內部結構將受到嚴重損壞。為應對電力超標問題，在變壓器內部安置低壓保護裝置是十分常見的手段，低壓保護裝置主要以空氣開關為主，如此一來，變壓器的內部電壓將得到良好控制，電壓一旦超出額定標準，空氣開關就能夠及時對線路進行切斷，從而實現對高壓現象的有效避免。

1.3 三相負荷不平衡

在三相負荷載不平衡條件下運行的變壓器，必然會產生較大零序電流，而變壓器內部零序電流，勢必在鐵心中產生零序磁通，零序磁通在變壓器的油箱壁或其他金屬構件中構成回路。但主變壓器的這些金屬構件均為非導磁部件，則由此引起的磁滯和渦流損耗使這些部件發熱，致使變壓器局部金屬件溫度異常，嚴重時將導致變壓器運行事故。

2 主變壓器設計選型

2.1 主變壓器聯結組別的確定

1）能夠有效抑制負載端的諧波電流，尤其是高次諧波，保證電流的正弦度和高質量。實際中經常采用的主變壓器屬于雙圈變壓器，當將正弦波電壓施加于原邊，就形成了正弦波的電勢和磁通。當鐵心達到飽和狀態，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，將主變壓器的聯接組別設計成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流，這樣就保證了原邊電勢以及激磁磁通的波形為正弦波的同時，變壓器副邊的感應電動勢波形也為正弦波，有效抑制其諧波含量，負荷電流中不再含有二次諧波，保證了供電質量。

2）選用Dyn11聯結組別的聯接方式能夠充分利用設備的容量。根據國標的相關規定，在低壓電網中，如果三相變壓器選擇Yyn0結線，當出現單相不平衡負荷，中性線上會產生電流，該電流應該低于低壓繞組的額定電流的1/4，同時，在滿載情況下，一相的電流應該小于額定電流。從這一規定中可以看出，Yyn0結線時，主變壓器的使用受到了很大的限制，其能力無法得到全面的利用。但是，如果采用Dyn11結線方式，不會限制中性線的電流，該電流允許達到變壓器的低壓側線電流值，這樣一來，就能夠對電壓器的容量進行充分的利用，在單相負荷為主的場合以及經常出現兩相不平衡的主變壓器中使用較為適宜。因此，無論是干式變壓器還是油浸式變壓器，都應該采用Dyn11聯結組別。

2.2 變壓器容量選擇

變電站主變壓器容量應根據地區供電條件、負荷性質、運行方式和用電容量等條件進行綜合考慮。總的來說，對主變壓器容量大小的選擇，取決于區域負荷的現狀和增長速度、上一級電網提供負載的能力、與之相連接的配電裝置技術和性能指標，取決于負荷本身的性質和對供電可靠性要求的高低等因素。主變壓器額定容量應能滿足供電區域內用電負荷的需要，即滿足全部用電設備總負荷的需要，以便投入運行后能常年經濟運行，避免變壓器長期處于過負荷狀態運行。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荷率，運行效率要高、損耗要低的要求。單臺主變壓器容量的選擇不宜過大或過小，單臺容量應根據供電區域的負荷密度進行選擇，要預留負荷發展和擴建的可能，實現變電站容量由小到大。投產初期主變壓器的負載率盡量接近最佳經濟運行負載系數，最大負荷利用小時數大于3 000 h時可取0.6～0.7，最大負荷利用小時數小于3 000 h時可取0.75～1.00。主變壓器容量應滿足5～10年規劃負荷的需要，為今后供電區域負荷增長保留足夠的容量裕度，防止不必要的擴建和增容。對于擴建、改造的變電站，主變壓器容量的選擇要與站內原有的主變壓器技術參數相匹配。主變壓器并列運行是變電站變壓器經濟運行的有效方式，在擴建、改造變電站時，新增或改造的主變壓器與變電站內現有主變壓器應能滿足并聯條件，即聯結組別與相位關系相同;電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調壓范圍內的每級電壓相同;防止二次繞組之間因存在電勢差產生環流;短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內，容量比為0.5～2.0。

2.3 變壓器節能設計

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

變壓器功率損失ΔP（千瓦）、效率η（%）和損失率ΔP%（%）的計算公式：

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

3 結語

變壓器的經濟運行的狀況對城市電力系統供電的安全可靠性起著有著重要作用。在用電需求條件下，電力企業應重視主變壓器的設計和選型，充分考慮電力系統的綜合因素，科學選擇主變壓器的選型，提高主變壓器的整體性能，以保證電力系統的安全穩定運行。

參考文獻：

[1]廖瑞金，邵山峰，成立，楊麗君，趙學童.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：杭州協東電力設計工程有限公司）

作者簡介：張玉寅，男，漢族，1987年4月，江蘇省鹽城市，大專，助理工程師，電氣一次設計。