組合變壓器的設計

　　摘要：介紹了組合變壓器中的變壓器、高壓系統、低壓系統設計以及設計時(shí)應注意的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題。 

　　組合變壓器是將變壓器、高壓室、低壓室組成“品字型”結構，其中變壓器位于后部，稱(chēng)為“后倉”，高低壓室位于前部，稱(chēng)為“前倉”。由于變壓器、高壓室、低壓室組成一體，故稱(chēng)為組合變壓器。因其具有結構緊湊、體積小、安裝迅速、操作方便、全絕緣、全密封，并且能夠深入負荷中心等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應用于居民小區、工業(yè)園區、商業(yè)中心及高層建筑等各種場(chǎng)所。組合變壓器的設計包括變壓器部分、高壓系統、低壓系統的設計。  電源供應器| 電能質(zhì)量分析儀| 多功能測試儀| 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x|

1 變壓器的設計 

　　變壓器的設計與普通油浸式變壓器的設計原理基本一樣。鐵芯材料可采用高導磁的硅鋼片，也可采用非晶合金；鐵芯結構可采用疊片式，也可采用卷鐵芯結構。繞組材料可采用銅導線(xiàn)，也可采用箔式。在變壓器設計時(shí)值得注意的是組合變壓器的連接組別，根據我國電力網(wǎng)的實(shí)際情況（10 kV級中性點(diǎn)絕緣），宜采用Dyn，因為高壓側為D接線(xiàn)，零序電流及三次諧波可在D接線(xiàn)內流通，不會(huì )引起輸出電壓的畸變及由于三相負載不平衡引起的中性點(diǎn)漂移。而不宜采用Yyn接線(xiàn)，因為Yyn在三相負載不平衡時(shí)容易引起中性點(diǎn)漂移，影響輸出電壓的質(zhì)量。 

2 高壓系統設計 

2.1 高壓系統進(jìn)出線(xiàn)方式的設計 

　　高壓系統的接線(xiàn)方式有環(huán)網(wǎng)型、終端型、終端雙回路型。環(huán)網(wǎng)型即“一進(jìn)二出”，一個(gè)電源進(jìn)線(xiàn)，一個(gè)從變壓器的低壓側出線(xiàn)，另一個(gè)引至另一臺變壓器或其他電器，為另一臺變壓器或其他電器提供電源。終端型即“一進(jìn)一出” 一個(gè)電源進(jìn)線(xiàn)，一個(gè)從變壓器的低壓側出線(xiàn)。終端雙回路型即“一進(jìn)一出一備” 一個(gè)電源進(jìn)線(xiàn)，一個(gè)從變壓器的低壓側出線(xiàn)，另一個(gè)為備用電源，當主進(jìn)電源發(fā)生故障時(shí)，由備用電源供電。 

2.2 高壓系統負荷開(kāi)關(guān)的選擇 

　　組合變壓器的負荷開(kāi)關(guān)有四位置開(kāi)關(guān)和二位置開(kāi)關(guān)。四位置開(kāi)關(guān)有“T”型、“V”型和“I”型�！癟”型和“V”型開(kāi)關(guān)均可用于環(huán)網(wǎng)型組合變壓器，“T”型和“V”型開(kāi)關(guān)有600 A和200 A兩種，負荷開(kāi)關(guān)電流值的選擇是根據系統通過(guò)的電流值即環(huán)網(wǎng)總回路的電流值來(lái)確定的，而不是由變壓器的容量來(lái)確定。負荷開(kāi)關(guān)的短路電流根據組合變壓器安裝位置的短路容量來(lái)確定。200 A負荷開(kāi)關(guān)配備200 A系統套管和肘型電纜插頭，肘型電纜插頭及電纜頭的大小根據用戶(hù)所埋設的電纜直徑來(lái)確定，如：120 mm2電纜配備電纜頭型號為“A09”，200 A系統所配備的電纜直徑為35～150 mm2之間。銅電纜配用銅壓接頭，鋁電纜配用銅鋁壓接頭。600 A負荷開(kāi)關(guān)配備600 A系統套管和“T”型接頭，600 A系統所配備的電纜直徑為180～350 mm2之間�！癐”型負荷開(kāi)關(guān)用于終端雙回路型組合變壓器�！癟”型、“V”型和“I”型開(kāi)關(guān)的連接方式及位置圖見(jiàn)圖1。 



圖1　開(kāi)關(guān)的連接方式 

     2.3 高壓系統熔絲的設計 

　　組合變壓器的保護是由插入式熔絲（BAY-O-NET）和后備熔絲（ELSP）串聯(lián)起來(lái)實(shí)現的。插入式熔絲在過(guò)載、次級故障及油溫過(guò)高時(shí)熔斷。由于該類(lèi)事故發(fā)生率大，所以將其設計成插入式，可在外部更換。后備熔絲在大電流即變壓器短路時(shí)熔斷，由于該類(lèi)事故發(fā)生率很少，所以將其固定在變壓器的油箱內。插入式熔絲和后備熔絲的選取根據他們各自的安秒特性，選取時(shí)要注意不同容量組合變壓器之間的插入式熔絲和后備熔絲的相互配合。插入式熔絲和后備熔絲的安秒特性曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。例如：容量為500 kVA的組合變壓器，10 kV高壓側額定電流為28.87 A，考慮到變壓器油的溫升對熔絲長(cháng)期工作電流的影響，以及變壓器合閘時(shí)涌流對熔絲的影響，選取插入式熔絲為65 A，后備熔絲為100 A。根據安秒特性曲線(xiàn)可得變壓器合閘時(shí)涌流（一般為額定電流的12倍）不會(huì )使插入式熔絲熔斷，100 A 后備熔絲最少熔斷電流為610 A，后備熔絲不會(huì )先于插入式熔絲熔斷。 


圖2　熔絲的安秒特性 

     2.4 高壓系統負荷開(kāi)關(guān)的隔離設計 

　　為了減少操作負荷開(kāi)關(guān)時(shí)電弧對變壓器油產(chǎn)生的分解作用，可把負荷開(kāi)關(guān)設計安裝在一個(gè)獨立的小室中，并在這個(gè)小室中注入高燃點(diǎn)油（難燃油），而在變壓器油箱中注入普通的25#油，這樣既解決了操作負荷開(kāi)關(guān)對變壓器油產(chǎn)生的老化問(wèn)題，又解決了在整個(gè)變壓器油箱中使用難燃油引起的散熱問(wèn)題（因為難燃油的粘度高）。負荷開(kāi)關(guān)的隔離設計是把負荷開(kāi)關(guān)安裝在變壓器油箱的左側，在負荷開(kāi)關(guān)與變壓器油箱之間用特制的套管加密封條隔離。在負荷開(kāi)關(guān)小室中也裝有油位表、壓力表、注油塞、溫度計等，可對其進(jìn)行壓氣試漏，確保兩者之間不滲漏，難燃油與普通變壓器油的特性見(jiàn)表1。 

3 低壓系統設計 

　　低壓系統配置的設計一般都根據用戶(hù)的具體要求，不同用戶(hù)有不同要求。如：主進(jìn)開(kāi)關(guān)型號及電流值，出線(xiàn)開(kāi)關(guān)的路數、電流值、型號等。本文就常用變壓器低壓配置選取作以下介紹。 

3.1 主進(jìn)開(kāi)關(guān)的選取 

　　主進(jìn)開(kāi)關(guān)一般都選用智能型萬(wàn)能式斷路器，可以實(shí)現過(guò)載、欠電壓、短路、接地等多種故障保護。斷路器額定電流值是根據變壓器低壓側的額定電流來(lái)選取的，最好選取接近變壓器低壓側的額定電流，這樣可以提高斷路器的保護性能。智能型萬(wàn)能式斷路器的電流整定值可在0.6～1倍額定電流之間調節。如：500 kVA變壓器0.4 kV低壓側的額定電流為721.7 A，斷路器額定電流值可選800 A，實(shí)際電流整定值可根據負載情況設定。智能型萬(wàn)能式斷路器有多種保護性能可供用戶(hù)選擇, 可以選二段保護，也可選三段保護。智能型萬(wàn)能式斷路器有多種型號，國產(chǎn)的有CW1、AH系列、HSW1系列等，進(jìn)口的有M系列、F系列等。 

3.2 分路開(kāi)關(guān)的選取 

　　分路開(kāi)關(guān)一般選塑殼斷路器，分路開(kāi)關(guān)電流值及路數的選取根據用戶(hù)配置要求，一般分路出線(xiàn)為4～6路，電流為200～400 A。分路開(kāi)關(guān)根據負載的不同可分為配電保護型、電動(dòng)機保護型，和家用及類(lèi)似分析保護型。選用時(shí)要加以注意。 


表1　難燃油與普通變壓器油的特性 

 
3.3 主進(jìn)開(kāi)關(guān)與分路開(kāi)關(guān)的選擇性保護 

　　在輻射式配電系統中，選擇性保護是指有故障的負載或饋電回路從電網(wǎng)斷開(kāi)，而非故障回路繼續保持供電。在圖3中，當A點(diǎn)短路時(shí)，只有靠近A點(diǎn)QF3斷路器動(dòng)作，而上方斷路器QF不動(dòng)作，保證非故障回路Q(chēng)F1、QF2繼續供電。這種選擇性保護要求QF斷路器具有過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)三段保護特性。非選擇性保護是指當A點(diǎn)短路時(shí)，QF3、QF同時(shí)動(dòng)作，使QF1、QF2全部停電。 

3.4 低壓系統無(wú)功補償的設計 

　　由于感性電器設備的增加，造成功率因數降低，降低了變壓器的效率，因此有必要對組合變壓器進(jìn)行無(wú)功補償，提高功率因數，提高變壓器的效率。組合變壓器無(wú)功補償的方式是集中就地補償。補償的容量是變壓器容量的10%～30%左右，對于小于15 kvar的補償采用一次性全容量投切，對于大于15 kvar的補償采用全自動(dòng)分段投切。全自動(dòng)分段投切無(wú)功補償根據觸點(diǎn)投切的方式分為有觸點(diǎn)和無(wú)觸點(diǎn)，有觸點(diǎn)是指無(wú)功補償通過(guò)接觸器來(lái)控制電容的投切，電容的投切是根據功率因數的大小來(lái)確定，接觸器的吸合頻率較高。無(wú)觸點(diǎn)是指無(wú)功補償通過(guò)大功率模塊即可控硅來(lái)控制電容的投切，電容的投切是根據無(wú)功功率的大小來(lái)確定，投切合理，而且可控硅可實(shí)行電壓過(guò)零觸發(fā)，投入無(wú)浪涌電流，分斷時(shí)不產(chǎn)生高電壓，無(wú)觸點(diǎn)無(wú)火花，無(wú)振動(dòng)無(wú)諧波干擾。兩種投切各有優(yōu)點(diǎn)，根據實(shí)際情況選擇。有觸點(diǎn)投切價(jià)格便宜，安裝方便，性能較差；無(wú)觸點(diǎn)投切性能好，價(jià)格較貴。 



圖3　配電系統接線(xiàn)示意圖 
 4 結束語(yǔ) 

　　綜上所述，組合變壓器設計時(shí)應優(yōu)先考慮Dyn接線(xiàn)。根據高壓系統供電方式選取高壓進(jìn)出線(xiàn)方式（環(huán)網(wǎng)型、終端型或終端雙回路型）。負荷開(kāi)關(guān)電流值的選取要根據環(huán)網(wǎng)系統電流，而不是根據變壓器的額定電流。插入式熔絲和后備熔絲的選取要根據各自安秒特性，選取時(shí)要注意兩熔絲之間的配合。設計低壓系統時(shí)要注意主進(jìn)開(kāi)關(guān)與分路開(kāi)關(guān)的配合，當選擇全選擇性保護時(shí)，主進(jìn)開(kāi)關(guān)要具有過(guò)載長(cháng)延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)三段保護特性。通過(guò)正確的設計、合理的配置，組合變壓器能夠很好地滿(mǎn)足廣大用戶(hù)的要求。