调容变压器技术介绍

调容配电变压器的技术特性

1 引言

我国农网用电具有季节性强，用电集中的特点，农村用电主要集中在夏、秋两季，主要是电灌、农业生产用电、农副产品加工等，大约占全年用电量的80%，其余季节主要是照明用电。在农忙用电集中季节，变压器过载运行现象严重，有时甚至出现200%过负载运行现象；而另一方面在用电淡季，负载率又低于30%，出现了“大马拉小车”的现象。针对这种情况，研制开发了调容配电变压器。

调容配电变压器是一种具有大小两个容量，并可根据负荷大小，利用特制的调容开关来变换绕组的联结方式，进行无励磁调整运行容量的配电变压器。

2 调容配电变压器的基本原理

Y-D变换调容配电变压器在大容量时，三相高压绕组接成角形（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2（或其倍数）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Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ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Dyn11 →Yyn0，示意如图1。

图1 调容配电变压器联结示意图

高压绕组D-Y 联结的转换、各分接的调整以及低压绕组并、串联的转换均由调容开关完成。开关上面标有“1、2、3、4、5、6”六个档位数字，分别表示调容变压器的“大容量时+5%分接、额定分接、-5%分接、小容量时+5%分接、额定分接、-5%分接”六种运行状态。

在开关体上，有高压和低压两段，开关与绕组的接线如图2所示。

图2 调容开关与绕组的接线示意图

3 调容配电变压器的技术标准

调容配电变压器的技术标准将参照中国机械部行业标准

JB/T10778-2007 《三项油浸式调容配电变压器》

3.1 调容配电变压器的空载损耗

对于电力变压器，当额定频率为50HZ 时，有

45

B A e

C C z •= (1) 式中 ez ─ 每匝电势，V/匝

A

C

─铁心有效截面，cm2

B

C

─铁心磁通密度，T

对已定的铁心，A

C

是定值，在变压器由大容量调为小容量时，由于低压匝数的

增加，使其ez 减小，由式（1）知B

C

随之降低。

工程上，变压器(铁心柱与铁轭截面相同时)空载损耗的计算式为：

P

0＝K

P0

·P

C

·G

Fe

(2)

式中 P

─空载损耗，W

K

P0

─空载损耗工艺系数

P

C

─硅钢片单位损耗，W/Kg

G

Fe

─铁心的总重量，Kg

对于K

P0及G

Fe

，在大小容量时是不变的，而

P

C ∝ B

C

2（3）

所以，P

C 大幅度降低，式（2）知，空载损耗P

降低。

类似地，可以分析出空载电流也降低的原因。

3.2 调容配电变压器的负载损耗

对于调容配电变压器这样的小型变压器，其负载损耗主要是绕组导线的电阻损耗，其附加损耗一般只占基本电阻损耗的10%左右，为分析方便，这里仅考虑电阻损耗。

产品绕组导线的截面是按大容量运行状态选取的，在调为小容量后，由于相电流大为降低，使导线的电流密度变小。对已定三相铜线绕组，有

P

R =7.2·J2·G

Cu

(4)

式中 P

R

─绕组电阻损耗，W

J ─导线的电流密度，A/mm2

G

Cu

─导线的重量，Kg

G

Cu

是不变的，由式（4）可知，电阻损耗大幅度降低，而使负载损耗降低下来。

3.3 大小容量的组合

从表1还可以看出，在大小容量时的短路阻抗基本上是接近于标准值的，从这个角度出发，在选择大小容量组合时，小容量应选为大容量的三分之一左右，这也正适应了小容量用在负载率低的状况下。这是调容配电变压器的一大特点。

3.4 技术经济分析

变压器运行一年的电费按下式计算：

5.0)]100

%05.0(2200)100%05.0(8600[⨯⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯=N k k N o o y S U P S I P C （5） 式中 C y ——变压器运行中一年耗电费用，元

P o ——空载损耗，kW

P k ——负载损耗，kW

S N ——额定容量，kVA

U k %——短路阻抗百分数，%

I o %——空载电流百分数，%

8600、2200——变压器全年空载、等效满载小时数，h

0.5——电价，元 /kW ·h

根据式（5）及表1的性能指标分别对新型S9与S9-T 调容型产品的年运行成本进行了计算（其中调容变压器每年按三个月使用大容量，九个月使用小容量），计算结果列于表2。

表2 新型S9与S9-T 调容型产品的年运行成本比较表

从表2可以看出， S9-T 调容型与新型S9产品相比，年运行成本降低了46.6%。

按照年使用量200万kVA考虑，则每年节约的费用至少为3100万元。相应其节约的电能相当于一台30 万kW火电机组200多个小时的发电量，为国家节约大量的发电

燃料，避免了核废料，同时也因而避免了发电过程中，向大气中排放CO

2、SO

2

、氮氧

化合物等有害气体，减少了对大气的污染，保护了环境。因而调容变压器具有较好的经济效益和社会效益。

4 调容变压器适应农网的要求

4.1 我国农村电网的负荷性质

随着农村电气化水平的不断提高，农村用电量还将大幅度增加。但是，由于历史的原因，农村电网存在着设备落后，供电损耗大，经济效益差的状况，而农网配电变压器的损耗占配电网损失的60%～80%(约2／3)；可见根据负荷性质选用合适容量、节能性较好的配电变压器，是实现降损节能的重要前提条件。

农网的负荷性质，总的来说，就是线长、面广、负荷率低。目前的农村用电，主要包括农业生产用电、农副产品加工、乡村工业及居民生活服务用电。

农业生产用电的特点：农业生产中大多有打场、抗旱、排涝等情况，所以季节性比较明显。

生活用电也是与农业生产的季节相适应的，随着农村经济的发展，家用电器逐渐增多，居民生活用电逐渐趋于平稳。

乡村工业用电的类型比较多，但也有一些具有季节性的，如砖厂等。

据沈阳变压器研究所的一项资料介绍，我国农村电网配变普遍存在负荷率较低的情况，全国农网配变平均负荷率不到30%，在负荷低谷时接近空载，并且负荷随季节波动较大，“电力损失”的现象比较严重。

4.2 调容变压器对于农网的适用性

为解决农网用电损耗大的问题，有人选用了“母子变压器”的运行方式，用小容量“子变压器”去轻载运行，所谓的“小马拉小车”，以达到降损节电的目的，