10 kV配電變壓器的應用探討

謝偉斌

（肇慶市慶電電力工程有限公司，廣東 肇慶 526070）

配電變壓器指配電系統中根據電磁感應定律變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的一種靜止電器。通常把電壓為 10 kV及以下的電力線路稱為配電線路，在10 kV配電網絡建設過程中，配電變壓器的選擇和使用是一個重要環節，是保證變壓器經濟運行、降低損耗、安全可靠供電的重要因素。

1 10 kV配電變壓器的型式選擇

1.1 油浸式和干式配電變壓器

油浸式配電變壓器的價格便宜，損耗低（如S11型及非晶合金變壓器），關鍵部件全部密封在變壓器油中，其絕緣和冷卻效果好，適應性強，在配網中應用廣泛。其有以下缺點：①變壓器油具有可燃性，防火要求高，用于變電所（用于10 kV及以下電源經配電變壓器降壓后對設備供電，亦即配電室）需單獨設立配電變壓器室，占地面積大；②抗短路能力差；③如果密封不良滲漏油嚴重，影響設備安全運行，同時污染環境；④絕緣按A級絕緣設計、制造，耐溫等級低；⑤充油設備需定期檢查、維護。

干式配電變壓器占地面積小，可以與SF6斷路器及真空開關設備同室布置，抗過載能力強，阻燃性能好，可選耐溫等級高，抗短路能力強，免維護，在變電所應用廣泛。其有以下缺點：①對環境要求高，密封性差，不宜在室外使用；②價格偏高；③比同等級的油浸式配電變壓器損耗大；④維修不便；⑤如風機損壞或電源故障冷卻效果差。根據其特點、設計規范和運行經驗，油浸式配電變壓器主要適用于桿上架設、箱式變電站和單獨設立配電變壓器室的配電室與變電所；干式配電變壓器主要適用于室內配電。

1.2 單相配電變壓器的應用

單相配電變壓器體積小，可單桿架設，很容易深入負荷中心供電；單相配電變壓器本身損耗低，又因為可靠近居民端供電，大大減小了低壓線路的損耗；由于單相配電變壓器出線為3根（不同于三相四線），節約了低壓線路的投資成本。因此，單相配電變壓器符合小容量密布點的指導思想，近年來配電網得到廣泛使用，主要用于城市居住區、別墅區、路燈和農村小范圍相對集中居住的地區。但是由于單相配電變壓器容量小，只能單相輸出等因素，在小動力零散分布地區和城市多層、高層建筑密集的小區不能合理、經濟的使用。

2 10 kV變電所配電變壓器負載率的選擇

10 kV變電所主變壓器容量的選擇，除了要計算負載容量外，還應確定配電變壓器的負荷率。配電變壓器的負荷率是影響配電變壓器容量、臺數和電網結構的重要參數，其值為：

目前對負荷率T的取值有兩種不同的觀點和做法。一種認為T值大好，取高負荷率；另一種相反，認為T值小好，取低負荷率。T的具體取值和變電所變壓器臺數N有關。

2.1 關于高負荷率

當N為2時，T為65%左右；當N為3時，T為87%左右；當N為4時，T為100%左右。取高負荷率是根據配電變壓器負荷能力中的絕緣老化理論，允許配電變壓器短時間過負荷而不會影響到配電變壓器的使用壽命。大體上取過負荷 1.3倍，延續時間 2 h。這種取值按“N－1”準則，在最高負荷時，當變電所有1臺配電變壓器故障停運，其余配電變壓器必須承擔全部負載而過負荷運行，過負荷率1.3。

2.2 關于低負荷率

當N為2時，T為50%左右；當N為3時，T為67%左右；當N為4時，T為75%左右。這種觀點與高負荷率截然不同。在最高負荷時，當變電所有1臺配電變壓器故障停運（“N－1”）時，剩余配電變壓器可以承擔全部負載而不過負荷。

兩種負載率的選擇都有其合理的地方，主要差別有以下幾點：

（1）選擇高負荷率的電網投資比選擇低負荷率節省。低負荷率電網配電變壓器容量選擇較大，相應配套的一、二次設備參數等級增加，必然帶來投資增加，運營成本增大。但選擇低負荷率時，可以更合理配置接線方式，配電變壓器增容周期也較長。

（2）低負荷率電網的可靠性和安全性高于高負荷率電網。高負荷率電網雖然也能滿足“N－1”的要求，但是設備超載對電網安全穩定運行不利，尤其是配電網，低壓線路大部分為輻射型供電，通過其他變電所轉移負荷的方式不一定可行。

（3）配電變壓器取低負荷率可以簡化網絡接線，減少聯絡線數量，對簡化繼電保護和自動裝置的配置有利。

3 因地制宜選擇配電變壓器

《35 kV及以下端變電所（配電房）建設標準》（DGJ32/J14－2005）中，關于變壓器臺數、容量有下列規定。

（1）第3.1.4條：變壓器臺數應根據負荷特點和經濟運行進行選擇。當符合下列條件之一時，宜裝設2臺及以上變壓器：①具有一級或二級負荷；②季節性負荷變化較大；③集中負荷較大。

（2）第3.3.1條：裝有2臺及以上主變壓器的變電所，當斷開1臺時，其余變壓器容量應滿足一級負荷及二級負荷用電。其余變壓器容量不宜小于總負荷的60%。

目前，城市住宅小區大都滿足第3.1.4條規定，建設10 kV變電所時，應考慮裝設2臺以上配電變壓器。第3.3.1條規定中，對配電變壓器容量選擇標準是較低的。當然，該標準是強制執行標準，該要求是必須達到的最低標準。當變電所在建筑物內部，以及對防火防爆有特殊要求，或占地面積較小無法單獨設立配電變壓器室的，應選用干式配電變壓器。在選用干式配電變壓器時，冷卻方式采用自然空氣循環和強迫空氣循環（帶冷卻風機）。正常使用條件下，自然空氣冷卻時，配電變壓器可連續輸出100%的額定容量。投入風機，在強迫風冷狀態下運行，配電變壓器可以連續輸出150%的額定容量。選用干式配電變壓器，變電所主變壓器選擇容量時，可以根據高負荷率的方案選取。2臺主變壓器時（N＝2），負荷率取65%（T＝65%），低壓采用單母線分段接線方式；3臺主變壓器時（N＝3），負荷率取87%（T＝87%），低壓采用單母線四分段接線方式。

4 結論

目前，城市住宅小區大都滿足第3.1.4條規定，建設10 kV變電所時，應考慮裝設2臺以上配電變壓器。第3.3.1條規定中，對配電變壓器容量選擇標準是比較低的。當然，該標準是強制執行標準，該要求是必須達到的最低標準。

當變電所在建筑物內部以及對防火防爆有特殊要求，或占地面積較小無法單獨設立配電變壓器室的，應選用干式配電變壓器。在選用干式配電變壓器時，冷卻方式采用自然空氣循環和強迫空氣循環（帶冷卻風機）。正常使用條件下，自然空氣冷卻時，配電變壓器可連續輸出 100%的額定容量。投入風機，在強迫風冷狀態下運行，配電變壓器可以連續輸出150%的額定容量。

選用干式配電變壓器，變電所主變壓器選擇容量時，可以根據高負荷率的方案選取。2臺主變壓器時（N＝2），負荷率取65%（T＝65%），低壓采用單母線分段接線方式；3臺主變壓器時（N＝3），負荷率取 87%（T＝87%），低壓采用單母線四分段接線方式。當選用箱式變電站，或當變電所為獨立設置時，可以設立單獨的配電變壓器室。對防火防爆沒有特殊要求時，可采用油浸式變壓器（S11型或非晶合金變壓器）。

選用油浸式配電變壓器，變壓器價格低，空載損耗也比較小，但過載能力差。主變壓器選擇容量時，可以根據低負荷率的方案選取。2臺主變壓器時（N＝2），負荷率取50%（T＝50%），低壓采用單母線分段接線方式；3臺主變壓器時（N＝3），負荷率取 67%（T＝67%），低壓采用單母線四分段接線方式。對于線路或變電所單臺配電變壓器的選擇，也應根據負荷特性和現有低損耗配電變壓器的特點，結合負荷增長情況，通過計算和經濟技術比較（考慮增容投資、新增布點的實際難度），最低負荷時能夠保證配電變壓器經濟運行，選擇稍大容量等級的配電變壓器也有利于安全、可靠和經濟運行。