有载调容变压器介绍

1概述油田供配电系统是典型的分散系统，抽油机井负荷用电所需设备包括6KV配电线路、配电变压器和低压供电线路。

所需设备越来越多，电能在传输过程中的损失也会越大。

因此降低油田供配电系统线损，节约抽油机井电能十分必要。

抽油机是油田地面工程系统中的重要设备，是原油生产的主要工具，也是耗油大户。

据统计到2000年底，大庆杏北油田现有抽油机配电变压器4014台/385380KVA。

由于抽油机多为带负载起停，且负载随机性大，因此为满足抽油机起停的要求，配电变压器留有较大的容量裕度。

而抽油机的工作特性是一旦起动完毕进入正常工作状态，抽油机上电机的负载率仅为305左右，功率因数仅为064左右。

因此变压器的负载率就更低，使得变压器长期处于“大马拉小车”［１］的工作状态，从而造成了变压器容量的浪费及有功和无功功率的损耗。

尽管变压器效率相当高，可是变压器电
能损耗仍然相当可观，下面初步估算足以证明这一点。

若变压器的损耗为1 5%(实际情况比这还低)，一年中以最大运行容量2500小时，每一度电为0 445元，则一年中杏北油田变压器的损耗价值为385 380×1 5%×2600×0 445＝643万元。

推算到整个油田会更多。

因此降低给抽油机井供电的配电变压
器的损耗，提高抽油机的功率因数，对于节能降耗、降低网损具有十分重要的意义。

因此提出了经理论计处优化变压器的铁心和绕组结构，并采用PLC自动控制有载调容开关实现有载调容和无功补偿的配电
变压器节能控制系统。

2控制系统的组成及各部分工作原理该控制系统组成如图1所示，它由调容
变压器、PLC、有载调容开关、DJB无功补偿电容器组成。

在抽油机起动后，由电流传感器测得负荷电流逐渐减少，当负荷电流趋于稳定并低于大容量工作要求，进入小容量工作的区域时，则由PLC发出控制调容切换开关指令，并由其高速输出口输出脉冲，驱动步
进电机，带动开关机构迅速移到目标位置，机构移动过程中并同时检测开关位置。

PLC具有体积小、抗干扰能力强、可靠性高、编程语言丰富、扩展方便，可工作于工业现场并且内部具有软继电器，可节省实际继电器，从而减少了大量的中间连线，避免了干扰的引入，使连锁保护功能更加完善，提高了系统运行的可靠性。

DJB无功就地补偿器与高压集中补偿和低压集中补偿方式相比具有以下优点：从低压到高压全补；不占用专用场地；无功经济当量大；自然投切；涌流小；无过电压发生；消除无功引起压降很有效；投资少；安装维护容易等优点。

调容变压器在电机起动时，采取通过调容开关改变绕组接线方式，其方法有多种，如串并联调容型、D-Y调容型。

D-Y调容型比串并联调容型工时省，开关简单，节电量较大，因此选择此方法。

D-Y调容型原边每相为一个绕组，副边每相由三段线圈组成。

D-Y变换调容配电变压器在大容量时，三相高压绕组接成三角形(D)，小容量时三相高压绕组接成星形(Y)。

每相低压绕组由三部分组成：一是27%匝数的线段(Ⅰ段)，另外的73%匝数的线段由两根导线并绕而成两组(Ⅱ、Ⅲ段)，每组导线的截面约为Ⅰ段导线截面的一半。

大容量时Ⅱ、Ⅲ段并联后再与Ⅰ段串联，小容量时三段全部串联。

若由大容量调为小容量，低压绕组匝数增加，同时高压绕组处于Y接法而每相电压降低，且其匝数增加与电压降低的倍数相当，可保证电压比不变。

这样，大容量调为小容量时，高压侧D-Y联结，低压侧并-串联，联结组别则为Dy n11-Yyn0
(1)容量比0.5
额定容量原副边取最小值，故容量比为0.5
(2)铁损比0.33
原副边属于同一铁损，所以只需推导原边即可。

(3)铜损比3.095
副边：副边绕组其73%线匝由并联该为串联，电阻改变为：
如何降低铜损呢?显然，使导体的总截面尽可能增大而总长度尽可能减小，就可以电阻降到最小。

虽然增大导体截面一定能减小电阻，从而减小铜损，但这样铁窗尺寸增大了，从而增大了磁路中的损耗。

所以，
采取适当地改变绕组的总长度，适当地调整铁窗尺寸的比例，使“十年变电成本”［２］降到最小。

3有载调容变压器优化设计的理论基础的研究
3.1变压器铁心直径 D确定变压器铁心直径D是最基本的尺寸，其大小选择除直接影响变压器有效材料消耗、重量和成本以外，也对其他尺寸和技术性能数据有着重要的影响。

变压器铁心直径D的大小，主要决定于变压器的容量和电磁负荷。

根据变压器的基本电磁理论，可得到
K fe为铁心柱有效截面与铁心直径所限定的原面积之比。

3.2变压器的主要技术经济数据与主要结构数据的关系变压器设计中的任何一种目标函数都与变压器消耗的有效材料(导电材料与导磁材料)有关。

双绕
组变压器主要结构如图2，下面根据图2分别建立上述的各种解析式。

(1)设圈导线的总重量
设d e表示导线材料密度(kg/dm3)，SＣ表示导线横截面积，d12＝Ｋd D表示两线圈间的漏磁空道直径，并近似看成为两线圈间的平均直径，则直接可写出导线总重量的表达式为：
式中，d Fe为硅钢片密度( kg/dm3)；ＫFe为铁心截面有效系数；L0为高压线圈对上下铁轭接地部分最小距离，由主绝缘结构决定。

(3)铁轭重量
式中C＝d12＋a12＋２a12＋a22相间主绝缘距离a12和a22一样由绝缘距离决定，而外线圈厚度a2在绕组具体设计前尚属未知量。

初步设计时可取2a2=K a2Ｄ，而K a2＝0.2～0.4。

e表示铁轭四角在轭方向的折算长
度，对于铁轭截面与心柱截面相同的三相心式变压器铁心，e=1.08D 铁心总重量GＦe＝Ｇe＋Ｇx
(4)线圈电压与结构数据的关系
变压器—相绕组的额定电压
多目标函数的最优解概念在变压器理论计算中一般是不宜采用的。

因此在变压器产品设计中，通常选定一种目标函数。

这种目标函数可以是重量轻、成本低、效率高或变电成本低等等。

变压器变电成本主要由变压器本身成本和运行费用组成，而运行费用又主要是指损耗费用，因此变压器变电成本可近似取为
有功损耗费用与变压器成本之和。

设T y为变压器年挂网运行小时(一般取8600)，T c为变压器年满载运行折算小时，取2200，m p为电价(元/度)，m c为导线材料单价，m F铁心材料单价，则变压器十年变电成本的解析式可写成
可导出变压器十年变电成本最低时铁心直径所应满足的方程。

4抽油机配电变压器的负荷情况与经济效益分析
4.1负荷情况表1和表2所示为大庆油田采油四厂一矿6KV线路上抽油机的有关数据。

从表1和2可以发现，变压器的负载率很低，变压器的效率也很低。

与原配电变压器相比较：
(1)配电容量减少37.5%。

(2)空载损耗约为61%，负载损耗降约为44%以上。

(3)提高效率约为7.6%。

由于绕组结构的改变，使该调容变压器的原边可在运行时方便的改变接法，容量可以随负载容量的增减而增减，满足抽油机重载起动、交变负荷运行的要求，改变了以往大马拉小车的不便理现象，降低了电网占有率，具有较强的抗过载能力，空载损耗和负载损耗平均降低30%以上，从而大大了省了增容费和运行费。

该产品主要持指标优于GB6451—1995《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》的规定，性能价格比好，节能效果显著，适用性强。

4.2经济效益分析十年变电成本计算公式：
其中，C为变压器价格(元)：T y为变压器年挂网运行小时(一般取8600小时)；TＣ为年满载运行折算小时(一般取2200小时)；mＰ为电价(0.445元/度；mＺ为年增容费(144元/kVA)
原变压器：
１４４］×１０＝９５，１１８元
因此S9-Y-50/6比选用S7-80/6十年可节约55，481元，每年可节约5548元，这意味3年内可收回投资，变压器的使用寿命一般长达20年以上，显然在3年以后至变压器退役17年内，不但节约了更多的电能，还可获得可观的节约电费的经济效益。

推广到整个杏北油田以共有4014台变压器算，则可估算每年可节
约4014×5548＝2226万元。

5结束语该系统成功应用于大庆采油四厂，可实现电动机无功就地补偿，实现调容变压器的容量随负载容量的增减而增减，满足抽油机重载起动、交变负荷运行的要求，改变了以往大马拉小车的不合理现象，降低了电网占有率，空载损耗和负载损耗平均降低305以上，从而大大节省了增容费和运行费。

提高了电网的功率因数，降低了网损。

由此可见，采用调容变压器经济效益十分明显，推广使用此有载调容变
压器市场潜力很大。

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规格S11-M-ZY 数量1000
包装说明木箱。