配電變壓器性能參數(shù)選擇分析

崔亞瓊

配電變壓器性能參數(shù)選擇分析

崔亞瓊

(河北省水利水電第二勘測設計研究院，河北石家莊050021)

本文簡要介紹了選擇配電變壓器容易忽視或不被重視的幾個問題，闡述了變壓器繞組接線組別、阻抗電壓及備用容量選擇考慮不周產(chǎn)生的影響及帶來的危害；同時給出了不同接線組別的優(yōu)缺點、阻抗電壓取值應重點考慮的因素以及一、二級負荷變壓器備用容量選擇方法；并且明確了選擇中的注意事項。論點清晰明了，可供同行在設計中參考。

變壓器；接線組別；阻抗電壓；備用容量；過載能力

配電變壓器通常是指運行在配電網(wǎng)中電壓等級為10～35kV、容量為6300kVA及以下直接向終端用戶供電的電力變壓器。配電變壓器選擇是工程電氣設計中不可缺少的設計內(nèi)容之一，選擇不當會影響用電設備電壓質(zhì)量和正常運行，造成損耗增大，成本和運行費用增加，壽命縮短，甚至燒毀設備，引起火災等嚴重事故。因此，合理選擇變壓器在電氣設計中是至關重要的。而變壓器繞組接線組別、阻抗電壓和備用容量選擇往往容易被忽視或不被重視。

1 配電變壓器繞組接線組別選擇

配電變壓器常用的接線組別有2種，即Y，yn0和D，yn11。1953年以來的40多年里，我國中壓和低壓配電網(wǎng)的10(6)/0.4kV變壓器幾乎全部采用Y，yn0接線組別。《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》(GB50052-95)規(guī)定在TN及TT系統(tǒng)接地型式的低壓電網(wǎng)中，宜選用D，yn11接線組別配電變壓器，文獻［1］中又規(guī)定在低壓電網(wǎng)中宜選用D，yn11接線組別配電變壓器。自國標提出此要求，至今已有20多年的時間了，可是還有不少人仍在選用Y，yn0接線組別的配電變壓器。究其原因，主要是大家對這2種接線組別的優(yōu)缺點不甚了解。那么到底如何選擇配電變壓器繞組接線組別、2者又有何區(qū)別呢？這需要從以下幾個方面考慮。

(1)變壓器適應三相負荷不平衡的能力。三相負荷不平衡時，Y，yn0接線變壓器會引起中性點電壓偏移，進而引起三相電壓的不平衡，影響用電設備的正常運行，甚至燒毀設備；而D，yn11變壓器允許中性線電流達到相電流的75%以上，承受不平衡負荷的能力遠比Y，yn0變壓器大。

(2)抑制3n次諧波的能力。隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，電力電子技術(shù)(整流管、晶閘管、IGBT、IGCT)廣泛應用，非線性負荷的數(shù)量與日俱增，這些諧波源產(chǎn)生的諧波電流注入電力系統(tǒng)，使電網(wǎng)電壓產(chǎn)生畸變，對電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴重危害，構(gòu)成了電力系統(tǒng)運行安全隱患，降低了電壓質(zhì)量。例如可能造成繼電保護裝置誤動作，危及系統(tǒng)穩(wěn)定運行；引起計量裝置誤差，降低其準確性；對通信設備及弱電造成干擾；增加電機損耗，加速絕緣老化；增加輸電線路附加損耗等。Y，yn0接線變壓器不能抑制3n次諧波；而D，yn11接線變壓器可以較好地抑制3n次諧波，減輕系統(tǒng)諧波危害，提高了電壓質(zhì)量。

(3)對低壓側(cè)單相接地故障切除的影響。文獻［2］及其他相關規(guī)范均要求低壓側(cè)單相接地故障時能迅速切斷故障回路，以防止電氣火災和間接接觸電擊事故發(fā)生。Y，yn0變壓器低壓側(cè)單相接地故障時的短路電流小，往往造成繼電保護或低壓開關脫扣器無法動作，不能迅速甚至不能切除故障回路。而D，yn11變壓器零序阻抗小，可以提高低壓側(cè)單相接地故障電流，相應提高了繼電保護或低壓開關脫扣器動作電流，有利于單相接地故障的切除。

綜上所述，低壓電網(wǎng)中應該選用D，yn11變壓器。只有負荷基本平衡，低壓中性線電流不超過低壓繞組額定電流的25%時(如要考慮電壓的對稱性(例如為了照明供電)，則中性點的連續(xù)負載應不超過10%額定電流時)或供電系統(tǒng)中諧波干擾不嚴重時，才可以選用Y，yn0變壓器。但是需要注意的是，并不是所有情況都可以選擇D，yn11變壓器。例如，當原有舊工程改造時，如果新?lián)Q變壓器需要與原來Y，yn0變壓器并列運行，新?lián)Q變壓器應采用原來的接線組別，否則2臺變壓器之間存在相角差，無法并列運行。

2 配電變壓器阻抗電壓選擇

阻抗電壓是變壓器最主要的參數(shù)之一，合理選擇變壓器的阻抗電壓，關系到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和正常運行。多數(shù)設計人員在設計中都采用標準值，而不去深究阻抗電壓涉及的各方面因素。其實，變壓器阻抗電壓也是需要根據(jù)系統(tǒng)電壓偏差和波動以及較大容量變壓器限制低壓短路電流等要求計算確定的，具體主要應考慮以下幾方面的因素。

(1)對高壓側(cè)熔斷器熔體電流選擇的影響。高壓熔斷器最小開斷電流一般為熔體額定電流的3～5倍，甚至更高。為確保變壓器低壓繞組和低壓出線短路時，高壓熔體能可靠熔斷，就需要提高低壓側(cè)短路時折算到高壓側(cè)的短路電流，使高壓熔斷器起到可靠的保護作用。特別是35/0.4kV的變壓器，低壓側(cè)短路時，折算到高壓側(cè)熔斷器安裝處的電流值要比低壓側(cè)低87.5倍。對于小容量變壓器，阻抗電壓越大，內(nèi)部阻抗越大，導致低壓側(cè)短路電流越小，折算到高壓側(cè)的短路電流不足以使高壓熔斷器熔斷，造成高壓熔斷器保護不了變壓器，從而引發(fā)嚴重事故。此時希望阻抗電壓越小越好(南水北調(diào)中線一期工程邯邢段125kVA及以下容量的變壓器就采用了低于標準值(6%)的阻抗電壓(4%))。

(2)對成本、電壓質(zhì)量及電機類負荷的影響。同容量的變壓器，阻抗電壓小的成本低(內(nèi)部損耗低)，變壓器內(nèi)部電壓降也小，電壓質(zhì)量容易得到控制和保證，對于提高低壓側(cè)電壓，特別是對電機類負載的起動電壓有利。變壓器阻抗電壓高，電機類負荷起動時，變壓器內(nèi)部電壓降大，母線電壓和電機端子電壓降也相應增大，造成起動困難，甚至導致電壓過低，電機起動不起來，為保證電機順利起動而不得不增大變壓器容量或采取降壓措施。從這個角度，希望阻抗電壓越小越好。

(3)對設備和導體選型的影響。變壓器阻抗電壓越小，變壓器低壓側(cè)短路電流越大，有可能超過低壓開關切斷短路電流的能力，需要加大低壓開關的斷流容量和導體截面，造成投資費用增加。短路電流大到一定程度，甚至選不出合適的設備。從這個角度考慮，希望阻抗電壓越大越好。

綜上所述，阻抗電壓選擇所應考慮的各方面因素是相互矛盾相互制約的，具體取值應在綜合考慮以上幾個方面因素的基礎上具體計算得出。近年來大容量的斷路器和低壓限流斷路器的廣泛應用為降低變壓器阻抗電壓提供了有利條件，但是對于較大容量的配電變壓器(例如1600kVA及以上)，還是應該注意根據(jù)限制短路電流的要求計算取值。

3 配電變壓器容量選擇

各種設計手冊中關于變壓器容量選擇已經(jīng)描述的很清楚了，此處需要闡述的是給一級和二級負荷供電的變壓器容量選擇。根據(jù)規(guī)程規(guī)范，一級和二級負荷需要2路電源供電，變壓器也應設置2臺，單臺容量應滿足全部一級和二級負荷需要。于是，不少設計人員，就會根據(jù)計算負荷，選擇大于總計算負荷的標準容量作為2臺變壓器總?cè)萘俊＿@樣做的結(jié)果，勢必導致正常運行時，變壓器負荷率太低(＜50%)，造成資源浪費和運行成本增加。向電力部門申請用電時，電力部門均按照變壓器總?cè)萘繉Υ＿\行時雖然只用到一路電源和2臺變壓器總?cè)萘恳话胍韵碌娜萘浚牵捎诹硪宦冯娫磿r刻準備作為工作電源的備用，所以電力部門已經(jīng)預留出了其備用投入時的容量，此部分容量不允許其他用戶再使用，故投入運行之前用戶就需要一次性給電力部門交付高供電可靠費用；在工程運行中，除繳納正常計量的電費外，每kVA備用容量每月還應繳納一定的費用，同時變壓器負載率過低時，變壓器損耗也會增加。而且變壓器故障的幾率非常小，備用容量很可能根本用不到或是即便用到了，也是短時間的。因此，采用這種方法選擇變壓器容量，既浪費了電力資源，又增加了用戶的各種費用和運行成本，不符合節(jié)能要求。

對于這種情況，單臺變壓器最好在60%～70%總計算負荷之間選擇標準容量，即保證正常運行時，變壓器負載率為60%～70%。根據(jù)相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，此時變壓器損耗最小，運行最經(jīng)濟。1臺變壓器短時故障時，可以充分利用變壓器的過載特性承擔全部一、二級負荷。對于強迫風冷干式變壓器，只要運行環(huán)境良好，其過負荷能力可以達到50%，且能夠較長時間連續(xù)運行，完全可以滿足1臺變壓器短時間故障時全部負荷的供電要求。而且，工程負荷均有峰谷，不是一直都運行在滿負荷。其他型式的變壓器也均有一定的過載能力，采用上述方法選擇變壓器容量均能夠滿足工程一級和二級負荷用電要求。特別是峰谷負荷明顯或斷續(xù)運行負荷較多的工程，更適合采用上述方法選擇變壓器容量，以達到節(jié)能降耗和節(jié)約成本的目的。

但是，按照上述方法選擇一、二級負荷變壓器備用容量時，有一點必須注意，即變壓器低壓出線設備和導體要按照全部計算負荷電流選擇，不能按照變壓器容量選擇，這一點往往容易忽視而造成事故。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，影響用電設備電壓質(zhì)量，而且造成一次性投入和運行費用的增加。所以希望設計人員一定要全面考慮變壓器選擇應該考慮的各種因素，確保電力系統(tǒng)及用電設備安全穩(wěn)定并經(jīng)濟運行。

［1］GB50052-2009.供配電系統(tǒng)設計規(guī)范［S］.

［2］JGJ 16-2008.民用建筑電氣設計規(guī)范［S］.

［3］GB50053-2013.20kV及以下變電所設計規(guī)范［S］.

［4］GB50053-2013.35～110kV變電站設計規(guī)范［S］.

［5］GB/T6451-1995.三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.

［6］GB/T16228-1997.干式變壓器技術(shù)參數(shù)和要求［S］.

［7］水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，1989.

［8］水電站機電設計手冊編寫組.水電站機電設計手冊［M］.北京：水利電力出版社，1988.

［9］中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［10］鮑舒眉，劉長義，余珊珊.配電變壓器采用D，yn11接線分析［J］.安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學院學報，2003，3(03)：47-49.

［11］王繼明，邱麗琴，劉建平，等.變壓器阻抗電壓的合理選擇及經(jīng)濟性研究［J］.冶金動力，2002(05)：1-3.

配電變壓器是非常重要的電氣設備，其性能參數(shù)的選擇至關重要。大家往往更注重一些常規(guī)性能參數(shù)的選擇，而常常忽視或者不夠重視接線組別、阻抗電壓和備用容量選擇。通過上面的描述可以看出，上述幾方面的性能參數(shù)選擇不當很可能會危及

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1672-2469(2017)03-0063-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2017.03.024

2017-01-17

崔亞瓊(1967年—)，女，教授級高級工程師。