调容变压器技术介绍 201204.doc

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
(1)
式中 ez ─ 每匝电势，V/匝
AC ─ 铁心有效截面，cm2
BC ─ 铁心磁通密度，T
对已定的铁心，AC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BC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：
P0＝KP0·PC·GFe (2)
式中 P0 ─ 空载损耗，W
KP0 ─ 空载损耗工艺系数
PC ─ 硅钢片单位损耗，W/Kg
GFe ─ 铁心的总重量，Kg
对于KP0及GFe，在大小容量时是不变的，而
PC ∝ BC2 （3）
所以，PC大幅度降低，式（2）知，空载损耗P0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
PR=7.2·J2·GCu (4)
式中 PR ─ 绕组电阻损耗，W
J ─ 导线的电流密度，A/mm2
GCu ─ 导线的重量，Kg
GCu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）
式中 Cy——变压器运行中一年耗电费用，元
Po——空载损耗，kW
Pk——负载损耗，kW
SN——额定容量，kVA
Uk%——短路阻抗百分数，%
Io%——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
年运行成本 /元
下降百分数
/%
新型S9配电变压器
S9-T型调容变压器
下降数
1691
903
788
46.6
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CO2、SO2、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，这当然是合理的。但是，这样费用较高，操作也不方便。如果选用调容变压器就可以较为经济、方便地解决这个问题。
(1) 安装一台调容变压器比安装具有同容量的“母子变压器”造价低，并且在安装时，可以减少配电盘一套，计量箱一个，跌落式熔断器一组及横担、避雷器等器材，具有较好的经济性。
(2) 调容变压器的节能性较好，并且在小容量运行时的总损耗比相同容量的标准配电变压器的总损耗低得多。
(3) 调容变压器操作比较方便，只需要调整一下调容开关即可。在开关上面标有六个数字，分别表示变压器的六种运行状态，其中“1”、“2”、“3”为大容量运行状态，“4”、“5”、“6”为小容量运行状态，可以根据负荷情况和电网电压的需要进行调整。

5 调容变压器前景
调容配电变压器节能效果显著，技术经济性较好，对于农村等用电负荷季节性变化明显的情况有较好地适用性。选用调容配电变压器，要注意根据负荷情况，合理选择大小容量组合；运行时，依据用电负荷变化情况适时地变换变压器的容量，降低铁心损耗，提高变压器负载率和功率因数，达到节能、节支的目的。
2001年，《国家电力公司农网“十五”科技发展规划》中将调容变压器列为重点推广项目之一，同时将35kV调容变压器列为重点研究内容之一。可以预见，随着调容变压器技术的不断发展和人们对其认识的不断深入，调容变压器必将有良好的发展前景。