組合變壓器的設(shè)計(jì)

組合變壓器的設(shè)計(jì)

　　摘要：介紹了組合變壓器中的變壓器、高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的幾個技術(shù)問題。 

　　組合變壓器是將變壓器、高壓室、低壓室組成“品字型”結(jié)構(gòu)，其中變壓器位于后部，稱為“后倉”，高低壓室位于前部，稱為“前倉”。由于變壓器、高壓室、低壓室組成一體，故稱為組合變壓器。因其具有結(jié)構(gòu)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(fù)荷中心等諸多優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于居民小區(qū)、工業(yè)園區(qū)、商業(yè)中心及高層建筑等各種場所。組合變壓器的設(shè)計(jì)包括變壓器部分、高壓系統(tǒng)、低壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。  電源供應(yīng)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(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計(jì)| 電力測量儀|

1 變壓器的設(shè)計(jì) 

　　變壓器的設(shè)計(jì)與普通油浸式變壓器的設(shè)計(jì)原理基本一樣。鐵芯材料可采用高導(dǎo)磁的硅鋼片，也可采用非晶合金；鐵芯結(jié)構(gòu)可采用疊片式，也可采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)。繞組材料可采用銅導(dǎo)線，也可采用箔式。在變壓器設(shè)計(jì)時(shí)值得注意的是組合變壓器的連接組別，根據(jù)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?yàn)楦邏簜?cè)為D接線，零序電流及三次諧波可在D接線內(nèi)流通，不會引起輸出電壓的畸變及由于三相負(fù)載不平衡引起的中性點(diǎn)漂移。而不宜采用Yyn接線，因?yàn)閅yn在三相負(fù)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(tǒng)設(shè)計(jì) 

2.1 高壓系統(tǒng)進(jìn)出線方式的設(shè)計(jì) 

　　高壓系統(tǒng)的接線方式有環(huán)網(wǎng)型、終端型、終端雙回路型。環(huán)網(wǎng)型即“一進(jìn)二出”，一個電源進(jìn)線，一個從變壓器的低壓側(cè)出線，另一個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” 一個電源進(jìn)線，一個從變壓器的低壓側(cè)出線。終端雙回路型即“一進(jìn)一出一備” 一個電源進(jìn)線，一個從變壓器的低壓側(cè)出線，另一個為備用電源，當(dāng)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(tǒng)負(fù)荷開關(guān)的選擇 

　　組合變壓器的負(fù)荷開關(guān)有四位置開關(guān)和二位置開關(guān)。四位置開關(guān)有“T”型、“V”型和“I”型�！癟”型和“V”型開關(guān)均可用于環(huán)網(wǎng)型組合變壓器，“T”型和“V”型開關(guān)有600 A和200 A兩種，負(fù)荷開關(guān)電流值的選擇是根據(jù)系統(tǒng)通過的電流值即環(huán)網(wǎng)總回路的電流值來確定的，而不是由變壓器的容量來確定。負(fù)荷開關(guān)的短路電流根據(jù)組合變壓器安裝位置的短路容量來確定。200 A負(fù)荷開關(guān)配備200 A系統(tǒng)套管和肘型電纜插頭，肘型電纜插頭及電纜頭的大小根據(jù)用戶所埋設(shè)的電纜直徑來確定，如：120 mm2電纜配備電纜頭型號為“A09”，200 A系統(tǒng)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(fù)荷開關(guān)配備600 A系統(tǒng)套管和“T”型接頭，600 A系統(tǒng)所配備的電纜直徑為180～350 mm2之間。“I”型負(fù)荷開關(guān)用于終端雙回路型組合變壓器�！癟”型、“V”型和“I”型開關(guān)的連接方式及位置圖見圖1。 



圖1　開關(guān)的連接方式 

     2.3 高壓系統(tǒng)熔絲的設(shè)計(jì) 

　　組合變壓器的保護(hù)是由插入式熔絲（BAY-O-NET）和后備熔絲（ELSP）串聯(lián)起來實(shí)現(xiàn)的。插入式熔絲在過載、次級故障及油溫過高時(shí)熔斷。由于該類事故發(fā)生率大，所以將其設(shè)計(jì)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，由于該類事故發(fā)生率很少，所以將其固定在變壓器的油箱內(nèi)。插入式熔絲和后備熔絲的選取根據(jù)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見圖2。例如：容量為500 kVA的組合變壓器，10 kV高壓側(cè)額定電流為28.87 A，考慮到變壓器油的溫升對熔絲長期工作電流的影響，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(jù)安秒特性曲線可得變壓器合閘時(shí)涌流（一般為額定電流的12倍）不會使插入式熔絲熔斷，100 A 后備熔絲最少熔斷電流為610 A，后備熔絲不會先于插入式熔絲熔斷。 


圖2　熔絲的安秒特性 

     2.4 高壓系統(tǒng)負(fù)荷開關(guān)的隔離設(shè)計(jì) 

　　為了減少操作負(fù)荷開關(guān)時(shí)電弧對變壓器油產(chǎn)生的分解作用，可把負(fù)荷開關(guān)設(shè)計(jì)安裝在一個獨(dú)立的小室中，并在這個小室中注入高燃點(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(fù)荷開關(guān)對變壓器油產(chǎn)生的老化問題，又解決了在整個變壓器油箱中使用難燃油引起的散熱問題（因?yàn)殡y燃油的粘度高）。負(fù)荷開關(guān)的隔離設(shè)計(jì)是把負(fù)荷開關(guān)安裝在變壓器油箱的左側(cè)，在負(fù)荷開關(guān)與變壓器油箱之間用特制的套管加密封條隔離。在負(fù)荷開關(guān)小室中也裝有油位表、壓力表、注油塞、溫度計(jì)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表1。 

3 低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 

　　低壓系統(tǒng)配置的設(shè)計(jì)一般都根據(jù)用戶的具體要求，不同用戶有不同要求。如：主進(jìn)開關(guān)型號及電流值，出線開關(guān)的路數(shù)、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)開關(guān)的選取 

　　主進(jìn)開關(guān)一般都選用智能型萬能式斷路器，可以實(shí)現(xiàn)過載、欠電壓、短路、接地等多種故障保護(hù)。斷路器額定電流值是根據(jù)變壓器低壓側(cè)的額定電流來選取的，最好選取接近變壓器低壓側(cè)的額定電流，這樣可以提高斷路器的保護(hù)性能。智能型萬能式斷路器的電流整定值可在0.6～1倍額定電流之間調(diào)節(jié)。如：500 kVA變壓器0.4 kV低壓側(cè)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(jù)負(fù)載情況設(shè)定。智能型萬能式斷路器有多種保護(hù)性能可供用戶選擇, 可以選二段保護(hù)，也可選三段保護(hù)。智能型萬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 分路開關(guān)的選取 

　　分路開關(guān)一般選塑殼斷路器，分路開關(guān)電流值及路數(shù)的選取根據(jù)用戶配置要求，一般分路出線為4～6路，電流為200～400 A。分路開關(guān)根據(jù)負(fù)載的不同可分為配電保護(hù)型、電動機(jī)保護(hù)型，和家用及類似分析保護(hù)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)開關(guān)與分路開關(guān)的選擇性保護(hù) 

　　在輻射式配電系統(tǒng)中，選擇性保護(hù)是指有故障的負(fù)載或饋電回路從電網(wǎng)斷開，而非故障回路繼續(xù)保持供電。在圖3中，當(dāng)A點(diǎn)短路時(shí)，只有靠近A點(diǎn)QF3斷路器動作，而上方斷路器QF不動作，保證非故障回路QF1、QF2繼續(xù)供電。這種選擇性保護(hù)要求QF斷路器具有過載長延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)三段保護(hù)特性。非選擇性保護(hù)是指當(dāng)A點(diǎn)短路時(shí)，QF3、QF同時(shí)動作，使QF1、QF2全部停電。 

3.4 低壓系統(tǒng)無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì) 

　　由于感性電器設(shè)備的增加，造成功率因數(shù)降低，降低了變壓器的效率，因此有必要對組合變壓器進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，提高變壓器的效率。組合變壓器無功補(bǔ)償?shù)姆绞绞羌�中就地補(bǔ)償。補(bǔ)償?shù)娜萘渴亲儔浩魅萘康?0%～30%左右，對于小于15 kvar的補(bǔ)償采用一次性全容量投切，對于大于15 kvar的補(bǔ)償采用全自動分段投切。全自動分段投切無功補(bǔ)償根據(jù)觸點(diǎn)投切的方式分為有觸點(diǎn)和無觸點(diǎn)，有觸點(diǎn)是指無功補(bǔ)償通過接觸器來控制電容的投切，電容的投切是根據(jù)功率因數(shù)的大小來確定，接觸器的吸合頻率較高。無觸點(diǎn)是指無功補(bǔ)償通過大功率模塊即可控硅來控制電容的投切，電容的投切是根據(jù)無功功率的大小來確定，投切合理，而且可控硅可實(shí)行電壓過零觸發(fā)，投入無浪涌電流，分?jǐn)鄷r(shí)不產(chǎn)生高電壓，無觸點(diǎn)無火花，無振動無諧波干擾。兩種投切各有優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)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；無觸點(diǎn)投切性能好，價(jià)格較貴。 



圖3　配電系統(tǒng)接線示意圖 
 4 結(jié)束語 

　　綜上所述，組合變壓器設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮Dyn接線。根據(jù)高壓系統(tǒng)供電方式選取高壓進(jìn)出線方式（環(huán)網(wǎng)型、終端型或終端雙回路型）。負(fù)荷開關(guān)電流值的選取要根據(jù)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)電流，而不是根據(jù)變壓器的額定電流。插入式熔絲和后備熔絲的選取要根據(jù)各自安秒特性，選取時(shí)要注意兩熔絲之間的配合。設(shè)計(jì)低壓系統(tǒng)時(shí)要注意主進(jìn)開關(guān)與分路開關(guān)的配合，當(dāng)選擇全選擇性保護(hù)時(shí)，主進(jìn)開關(guān)要具有過載長延時(shí)、短路短延時(shí)、短路瞬時(shí)三段保護(hù)特性。通過正確的設(shè)計(jì)、合理的配置，組合變壓器能夠很好地滿足廣大用戶的要求。