变电站设计中变压器的选型

孙国强

摘 要：变压器是变电站运行中不可缺少的重要电气设备，大型变电站中的主变压器是变电站的核心元件，主变压器的型式和参数的确定不但关系到变压器的结构和工程投资，对电网的安全可靠运行也有着重要影响。

关键词：变电站；设计；选型

1、变电站设计中变压器的选型的重要性

随着我国经济社会的不断发展，城市建设呈现了规模扩大、人口密集、高楼林立的显著特点，使得城市电网的供电面积越来越大、负荷密度不断提高。与此同时，同容量变电站的供电半径越来越小，使得高压电网必须深入城市中心才能满足供电要求。

但是，城区变电站的建设面临用地紧张、与城市周围建筑风格相协调、避免设备运行噪声对周围居民区或办公场所的正常活动造成影响等诸多外部条件限制。在这种情况下，变电站采用全户内、地下布置、与商用建筑物混合建设的型式（又称为合建变电站）在工程建设实践中取得了良好效果，不仅起到了充分利用公共资源、节约占地、降低了工程造价的作用，而且还减少了变电站噪音对周围环境的影响，解决了与周围环境及建筑风格相协调的问题。

2 主变压器选型

2.1 相数和台数的确定

为保证供电的可靠性，变电站一般应装设两台主变，但是，主变一般不超过两台。当一个电源或变电站的一级负荷需要备用电源进行供电时，在这种情况下可以装设一台主变。对大型枢纽变电站，根据工程的具体情况，应安装 2～4 台主变。在 220kV 的电力系统中，通常情况下选择三相变压器，这是因为：无论是投资，还是占地，单相变压器都比较大，并且运行损耗也比较大，同时配电装置结构比较复杂，进而在一定程度上增加了维修的工作量，只有考虑变压器制造及运输条件的限制，考察从厂到变电站之间，变压器的尺寸是否超过运输途中隧道、涵洞、桥洞允许通过的限额。若受到限制，则采用单相式代替三相。根据已知条件，所给条件中没有给出特殊限制条件，所以采用三相变压器。

2.2绕组数的确定

国内电力系统中采用的变压器按绕组分类有双绕组普通式，自耦式以及低压绕组分裂等变压器形式。根据已知条件该主变有三个电压等级 220/110/10kV。所以采用三绕组变压器。

2.3绕组接线方式的确定

电力系统的绕组接线方式有星形“ Y ”和三角形“ D ”两种。按照规定，在我国超过110kV 的电力变压器都要采用 YN 进行连接，对于 35kV的变压器采用 Y 方式进行连接，通过消弧线圈对中性点进行接地处理。35kV 及以下的电力变压器三相绕组都采用 D 连接。根据已知条件，所给电压等级中的 220kV、110kV 采用 YN 接线。10kV 采用 d11 接线，所以本变电站三相接线方式为 YN＼yn0＼d11。

2.4调压方式的确定

在调压过程中，在允许范围内控制电压，进而在一定程度上保障发电厂或变电站的供电质量。在对变压器的电压进行调整时，通常情况下采用分接开关对变压器的分接头进行切换，从而改变变压器变比。对于切换方式，可以分为两种：不带电切换和带负荷切换。其中，不带电切换称无励磁调压，调压范围为 2伊2.5%；带负荷切换称有载调压，调压范围可达 30%。

设计有载调压的原则如下：对于超过 220kV 的降压变压器来说，当电网电压变化较大时，一般采用有载调压的方式，在其他情况下，不建议使用。对于低于 110kV的变压器来说，如果有一级电压的变压器，这时可以采用有载调压方式进行处理。接于出力变化大的发电厂的主变压器，或接于时而为送端，时而为受端母线上的发电厂联络变压器，一般宜采用有载调压方式。

2.5冷却方式的确定

电力变压器的冷却方式随形式和容量的不同而不同，一般有以下及几种类型：自然风冷却一般适用小容量的变压器，为使热量发散到空气中，装有片状或管形辐射冷却器，用以增大油箱的冷却面积。强迫空气冷却：又称风冷式。容量大于1000kVA 变压器在绝缘允许的油箱尺寸下，即使有辐射器、散热装置仍达不到要求用人工风冷。在辐射器之间加装数台电动风扇。强迫油循环水冷却：一般水源充足的情况下可以采用潜油泵强迫油循环，让水对油管道进行散热，散热效率高，节省材料，减小变压器尺寸。但对冷却密封性的要求较高，维护工作量大。强迫油循环风冷却：该冷却方式与强迫油循环水冷却原理相同，但是该冷却方式需要用风进行冷却。对于大容量变压器来说，通常情况下采用强迫油循环风对变压器进行冷却。强迫油循环导向冷却：大型变压器采用较多利用潜油泵将冷却油压入线圈之间。线饼之间和铁芯油道内抽出，然后经风冷却后循环使用。水内冷变压器：变压器绕组由空心导线制成，运行将纯水注入空心绕组中，借水循环带电热量，其水系统复杂，变压器价格较高。

3 主变保护配置方案

3.1 主变压器的保护概述

通常情况下，可以将变压器的故障分为内部故障和外部故障。其中内部故障是指故障发生在变压器油厢内部，其故障类型主要包括：各绕组之间发生的相间短路；单相绕组部分线匝之间发生的匝间短路；通过外壳单相绕组或引出线发生单相接地短路；烧损铁芯。外部故障主要包括：由于破碎绝缘套管网络发生单相接地短路；引出线之间发生相间故障。对于变压器来说，造成其不能正常运行的原因主要包括：外部短路或过负荷引发过电流；油箱漏油降低了油面；变压器中性点电压升高或由于外加电压过高而引起的过励磁。

3.2 变电站主变保护的配置原则

3.2.1 主变压器的主保护

瓦斯保护。对于变压器来说，如果发生内部故障，在这种情况下需要装设瓦斯保护，如果油箱内部产生气体或油流，这种保护方式发生动作。差动保护。在变压器的内部，如果发生绕组、引出线等内部故障，差动保护将发生瞬时动作，在这种情况下跳开各侧电源断路器。

3.2.2 主变压器的后备保护

作为差动保护和瓦斯保护的后备，一般情况下，需要装设过电流保护，进而在一定程度上防止变压器外部故障而引起的变压器绕组过电流。

3.2.3 过负荷保护

大多数情况下，变压器的过负荷电流都是三相对称，在这种情况下，只需装设单相式过负荷保护。

3.2.4 變压器的零序过流保护

每台变压器上需要装设两套零序电流保护，一套用于中性点接地运行方式，另一套用于中性点不接地运行方式。

3.3 主变压器的配置方案

配置方面具有一定差异，比如三相风冷式强迫油循环三绕组无激磁调压变压器。所以装设以下保护装置：纵联差动保护，可迅时切断保护区内的短路故障。过电流保护，可防止外部短路引起的过电流，并作为变压器相间短路的后备保护。零序电流保护，用作变压器外部接地短路时的后备保护，保护直接动作于跳闸。过负荷保护，过负荷保护采用单相式，带时限动作于信号。对于单侧电源的三绕组降压变压器，三侧绕组容量不同，则在电源侧和容量较小的一侧分别装设过负荷保护。

结束语

选择变压器的结构型式、技术参数和性能指标，一是要满足变电站所在地区电力系统方面的需要，二是要考虑变压器运输安装方面的可行性和经济性。主变压器选择首先在容量上必须满足电力系统要求，但不能不顾及运输和安装方面方面的限制而过分强调容量上的要求，二者之间要统筹兼顾。

参考文献

[1]邬伟民，范德民，王剑.户内 110kV 变压器的选择[J].电力设备，2004，5（2）：44-47.

[2]尹星光，李伟强.SF6 气体绝缘变压器在我国的应用前景探讨[J].电力设备，2004，5（1）：39-41.

[5]郭颖娜.一种可用于高电压的新型环保干式变压器[J].西安石油大学学报，2006，21（2）：66-68.endprint