可自動調容式特種變壓器的設計與實現

史棟棟

（國家能源聊城發電有限公司，山東 聊城 252000）

1 緒 論

能源對于社會的運行和發展是不可或缺的，為響應國家節能減排的相關政策，增大資源的利用率是十分必要的，這一點對于電力企業來說也是如此。多期農網改造的逐步進行推進了配電變壓器的發展進程，變壓器雖具有用電效率高的特性，但廣泛應用的變壓器由于容量和用量的問題，依然存在很大的總體損耗[1]。中低壓電網耗損的70%是通過配電變壓器所產生的，農村電網用電負荷集中，季節對電負荷的影響也不可忽視，較大的用電峰谷差值導致配電變壓器年平均負載率處于相對較低的水平。故在受季節性影響較大的農村電網區域使用調容變壓器有利于變壓器容量與電負荷的自適應，讓變壓器處于經濟運行工況下，保障用電高峰期變壓器的安全運行，減少變壓器過載現象發生，有效縮減電能損耗，達成電力系統節能工作的重要目標。故設計一款可自動調容式特種變壓器，不僅是一項技術層面的突破，也有很強的理論意義和現實意義。

2 變壓器損耗的產生原理

變壓器作為配電網中的控制設備之一，其作用是分配電能，改變通過變壓器的電流和電壓。在正常電路運行過程當中，電流流經變壓器產生的功率損耗是巨大的，這種損耗由兩部分構成，一部分是短路損耗，另一部分是空載損耗[2]。

短路損耗又名負載損耗，當變壓器在負荷狀態下運行時額定電流通過變壓器的繞組，會產生電流損耗。短路損耗可以通過短路試驗來進行檢測，初次試驗在一次側的兩端負載小電壓，在二次側測量獲取額定電流數據（此時可以忽略變壓器鐵芯損耗）后，此時可以把變壓器額定狀態下的短路損耗近似地等效為變壓器的銅損耗[3]。變壓器負荷同短路損耗呈正比增大或減小，負載系數與額定短路損耗兩個限制因素對變壓器負載損耗產生制約作用。

3 可自動調容式特種變壓器的設計與實現

3.1 調容變壓器的結構搭建

本文中采用的調容變壓器選型為D-Y 型換接配電變壓器，該配電變壓器在大容量和小容量方式下運行的繞組方式有所區別，在大容量方式下高壓繞組以可用D 符號表示的三角形狀態相連，小容量運行方式下以呈現星形的方式相連，可用符號Y 進行表示。根據如上的特性D-Y 轉換又被稱為星-三角轉換[4]。27%匝數的導線與另外部分73%匝數的導線構成了配電變壓器低壓側相繞組，后者導線截面積約為前者的1/2。

3.2 自動調容功能的實現

數據采集模塊、數據存儲模塊、互感器、人機交互系統、電源、狀態輸入與控制輸出回路等模塊構成了有載自動調容變壓器的自動控制模塊。電壓、電流互感器作為電路起到信號處理的作用，可從電路中獲得包含交流采樣數據的模擬信號[5]。模擬信號可通過微處理器的處理在計算和分析后得出最終結果，輸入數據數據存儲器儲存，以提供信息給外部接口或進行后期數據互換。圖1 為有載自動調容的自動控制系統組成圖。

圖1 有載自動調容控制系統設計框圖

3.3 自動控制系統的控制流程

調容變壓器電流模擬量和二次側電壓通過有載調容控制器進行數據采集，結合調容開關的開關狀態量后可根據控制對象運行工況特點與運行參數實施數值型判斷，結合實際控制條件判定是否滿足執行任務的條件。如果滿足條件且需要對配電變壓器容量進行調整，程序則會轉接入變壓器容量調節的任務模塊，在完成容量調節的任務后再進入其他輔助功能模塊；如果不滿足任務運行的條件，或暫時不需要對變壓器容量進行調節，程序則選擇直接進入其他功能輔助模塊。圖2 為自動控制系統的流程圖。

3.4 有載調容自動控制系統的硬件結構

信號采集單元、數據通信單元、輸入單元與輸出單元、控制面板系統、電源晶振和時鐘電路構成了有載調容自動控制系統的硬件結構的主要構成部分。有載自動調容系統具有高度抗干擾能力和硬件可靠性的主要原因是其整體零部件選用為工業級芯片，設計電路時也考慮到了零部件和電路的電磁兼容性。這樣確保了有載自動調容系統具有高度的運行可靠性和用電安全性，在惡劣的用電環境下也能滿足使用需求。

圖2 自動控制系統的控制流程圖

4 結論

在配電網中由于較大數量配電變壓器的廣泛使用，造成流經配電變壓器的電流損耗在配電網中的總損耗占有較高的比重。農村用電負荷受到季節變化、年利用時期短、空載輕載時有發生等不利狀況的制約，變壓器負載率處于合理工作區間內的狀況比較少。調容變壓器可以通過調容開關和電負載的波動狀況，更換變壓器繞組鏈接的不同方式，讓變壓器具有可調容的特性，故在負荷大且電壓波動頻繁的農村電網地區合理設置調容式變壓器，對電路的節能作用和損耗控制作用是較為明顯的。隨著用電技術的日益發展和進步，有載自動調容變壓器的功能改進也日益完善，相信可自動調容式特種變壓器在今后的配電網節能降損方向會有新的突破。