一種免維護有載調容配電變壓器方案*

馬振邦 , 劉廣袤, 李 尊, 袁洪躍

(1.北京博瑞萊智能科技集團有限公司，北京100095;2.國網河南省電力公司三門峽供電公司，三門峽 472000;3.河南機電職業學院，鄭州 451192)

作者簡介：馬振邦，本科，總工程師，工程師，Email：mzb@brlkj.com。

0 引言

目前全國變壓器總損耗約占系統發電量的4%，其中配電變壓器損耗占比約為總損耗的70%，因此降低變壓器的損耗特別是配電變壓器的損耗意義重大。調容變壓器在負載較低時，調到小容量運行，空載損耗大大降低。以S11型10kV調容變壓器為例，調到小容量時空載損耗實際低于S15型非晶變壓器，因此目前調容變壓器已大批量應用，特別是近年“煤改電”工程全部采用這種變壓器。該項關鍵技術、系列裝備及規模化應用于2020年榮獲國家科學技術進步二等獎。

1 常規免維護有載調容變壓器

調容變壓器使用的調容開關以油開關為主，油開關在切換過程中會產生電弧，電弧除了會污染變壓器油，還會燒蝕觸頭，因此需要定期維護變壓器，但對于用量巨大的10kV配電變壓器，定期維護必將花費大量的人力、物力、財力。若采用在線濾油裝置，還需更換濾網，油泵是否能長期在線工作，可靠性需驗證。因此調容開關又發展為將油開關更換為真空開關，實現調容開關的真正免維護，但調容開關實際需要的真空泡很多，圖1所示為目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調容變原理。

圖1 Dyn11(Yyn0)型調容變原理

由圖1可以看出，此調容開關共需高壓真空泡9個、低壓真空泡12個，如果調容開關兼具調壓功能，此高壓真空泡至少還需要增加6個，則真空泡的數量將在21-27范圍內，將急劇增加調容開關的成本，且將二十多個真空泡安裝在調容開關內，需要調容開關具有較大體積，導致調容變的體積及用油也會大幅增加，嚴重降低調容變的性價比，使其失去推廣使用的意義。

2 過渡變壓器型有載調容變壓器

2.1方案介紹

有沒有一種低成本免維護有載調容配電變壓器方案呢?調容開關如果能夠像有載真空調壓開關一樣，將開關分為切換開關和選擇開關兩部分，僅靠切換開關轉換負荷滅弧，選擇開關用來調節檔位，不需要承擔滅弧任務，使用真空泡的數量將大大降低。

調壓開關之所以能夠將檔位選擇和負荷切換分為兩部分，是因為切換開關將檔位選擇部分的繞組進行了短接和隔離，但根據圖1可知，調容變壓器的繞組不能被這樣操作。但如果在調容變壓器調容操作的瞬間將負荷轉給一個過渡變壓器，主調容變壓器暫斷開電路，這樣調容開關可以在不帶電的情況下進行轉換，不需要真空泡也可達到不產生電弧、免維護的目的。

然而，還存在一個問題是：為了供電連續性，必然有瞬時需要過渡變壓器能夠同大容量狀態的調容變壓器并聯，還需要有瞬時同小容量狀態的調容并聯。這就要求調容變壓器大容量和小容量時一次側和二次側電壓差，也就是“鐘點”接法相同且同過渡變壓器的一樣，否則兩變壓器間將產生嚴重環流，而且切換瞬間會存在相位突變。目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調容變將不適合，但目前出現的調容變壓器還有Dyn11(Dyn11)和Dyn11(Yzn11)兩種，這兩種變壓器原理圖如圖2～3所示。

圖2 Dyn11(Dyn11)型調容變原理

圖2所示Dyn11(Dyn11)型調容變原理和圖3所示Dyn11(Yzn11)型調容變原理，在調容前后“鐘點”相同，過渡變壓器采用Dyn11或Yzn11型即可滿足上述要求。

圖3 Dyn11(Yzn11)型調容變原理

2.2 調容方案確定

由圖2～3可知，Dyn11(Dyn11)型調容變壓器高壓側繞組和低壓側繞組調容時均進行串并聯操作，除了高壓繞組繞制復雜外，調壓時還要求在串并聯的兩段繞組上均進行抽頭，這樣會增加調壓開關的制作難度。而Dyn11(Yzn11)調容變壓器的繞組高壓側同目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調容變一樣簡單，調壓實現難度也一樣，低壓繞組甚至比Dyn11(Yyn0)型調容變少繞一段。另外Dyn11(Yzn11)調容變壓器同Dyn11(Yyn0)型調容變壓器比因為零序阻抗低，還可以解決小容量Yyn0接法時低壓三相不平衡會引起電壓偏差嚴重的問題，采用了Z型接法時防雷性能優良。因此筆者選擇Dyn11(Yzn11)型調容變壓器作為本方案的主變壓器。圖4所示為本方案具體實現電路圖。

圖4 本方案實現原理電路

2.3 方案優點

本方案為僅高壓側使用6個真空泡，其他開關為普通油內觸頭開關， 過渡變壓器高低壓側開關同時開始動作，因設置低壓側斷口較短，先進行合閘，因此時高壓側真空開關還未閉合，所以是在不帶負荷情況下進行的合閘，僅有過渡變壓器空載電流。過渡變壓器高壓側真空開關閉合后，整個過渡裝置和調容變壓器構成了并聯，主調容變壓器前高壓開關斷電調容。開關在進行調容轉換時，變壓器也僅有空載電流，當調容變調容開關轉換結束后，過渡裝置和調容變壓器仍并聯，此時過渡裝置的高低壓側開關同時開始分閘，同樣因低壓側開關斷口設置的短，高壓側真空開關先分開，先分開的開關分段了過渡裝置并聯時承擔的負荷，而低壓側分開無需斷開負荷。由于10kV桿上變壓器容量較小，空載電流也極小，因此動作時不會產生明顯電弧，因而不會燒蝕觸頭，對變壓器油污染也達到極小的程度，可達到長期免維護的目的。

本方案的關鍵點是過渡變壓器成本。那么分析此過渡變壓器作用可知，以400(125)型調容變壓器為例其調容轉換點在70～80kVA，即使調容變和過渡變壓器電壓檔位不同，其變壓器間環流也可計算控制。因過渡變壓器是瞬時工作制的，每次調容僅需工作大約40ms，其散熱可不用考慮，只需考慮熱穩定性、過渡過程中的電壓降低，空負載損耗均無需指標要求，根據這一原則各廠家的可優化設計其體積及成本。

另外本過渡變壓器在壓降設計合理的情況下，甚至可以連同調壓時也使用本方案，這樣真空泡使用數量會更低。

2.4 方案實現及試運行

以下為按本文方案制造的400(125)kVA有載有載調容變壓器，帶典型的阻感性負載在80kVA左右負荷時(調容變壓器臨界轉換點)，負荷上的測試的電壓波形。圖5所示為波形圖。

圖5 實驗波形圖

從圖5波形圖上看大、小容量轉換過程，可以發現，電壓相位未發生突變，且波形連續。本方案過渡變壓器成本約為調容開關價格的一半。

2020年3月，上述變壓器試品在河南三門峽供電公司掛網安裝了5臺，本方案調容變壓器安裝方式同普通變壓器類似，按照國網公司配電網工程典型設計10kV配電變臺分冊可順利安裝。試運行期間，每月進行油氣分析，各項指標均保持正常，沒有油碳化現象發生。設備運行一年至2021年4月，拆除后按照新變壓器進行各項出廠試驗均合格，說明其免維護性能良好。在調容變壓器掛網期間，變壓器自身損耗電度同前一年度相比，平均降低了約1 300kWh， 說明本方案同樣達到了調容變壓器的節能效果。

3 結束語