工地变压器监测及经济运行

李 祥 科

(中铁十四局集团第二工程有限公司，山东 泰安 271000)

1 概述

工程施工中，电作为重要的二次能源，有着不可替代的作用。变压器作为重要的变电装置，持续不间断的输出有效功率，是保证正常施工生产的重要环节。对于施工单位而言，由于工地的频繁变换，从成本节约的角度出发，变配电装置也必须不断变换工作环境。在经历了不同距离的运输，不同环境的温度、湿度等不确定因素的变化后，如何有效利用既有变压器，如何充分保证变压器的工作性能，也是工地电工比较棘手和必须面对的问题。而工程施工中用电负荷的不稳定性，也是影响变压器输出质量及使用寿命的重要因素。合理调配负荷，及时监听维护是一项必要工作。看起来并不复杂的工作，在工程用变压器工作期间，却占有举足轻重的位置。正因此，我们才来讨论这个简单明了却又复杂多变的工作项目。

2 变压器投运前的现场检查

工地施工用变压器，尤其是已经在其他工地使用过拆除后，经过长途运输颠簸，准备在新工地使用前，必须经过一系列的检测、试验、维修保养后方可投入。

2.1 变压器外表的检查

1)首先应该检查变压器的油枕，查看油位计的完好程度，油位指示是否在刻度线内。油位高低要认真检查，油位过高在变压器投入运行后，因带负荷运转导致油温高，体积膨胀会导致变压器油从呼吸器连通管处溢出；油位过低，油量不足，变压器不能有效散热，影响变压器的正常运转。2)认真检查变压器各部位是否有破损和渗漏油，尤其要检查油位计、套管、排油阀、高低压接线柱绝缘垫，杜绝变压器通电运转后温度上升，渗漏现象更加严重。3)仔细检查变压器吸湿剂颜色是否正常，正常为白色，说明变压器内部干燥，如果吸湿剂颜色变暗，说明水分增加，应该及时更换。4)仔细检查变压器的接地装置，是否可靠连接，中性点的连接对变压器的保护至关重要。5)查看变压器出线套管的连接情况，一、二次接头是否牢固可靠，导线连接可靠，相线连接正确。6)认真核对变压器上的铭牌所标示的参数，对各侧电压等级、变压器的容量、变压器的接线组别、分接开关位置等重要数据认真核对，与所要求的参数是否一致。

2.2 检测变压器绝缘

用兆欧表对变压器绕组绝缘进行摇测，兆欧表型号为1 000 V～2 500 V，分别对一二次绕组及对地绝缘进行检测。记录摇测结果，记录环境温度，根据测量数值及环境与出厂绝缘比较，不低于出厂值的70%，且最低数值不得低于25 MΩ,否则不能随意投入使用。

变压器安装后,绕组的直流电阻值可能与出厂实验时会有差别。主要原因是低压绕组的引线接头的接触电阻，对于低压绕组本身的直流电阻不再是可以忽略不计的。工厂装配实验时，做了临时性连接，由于操作等原因，接触电阻的数值和分散性都较大。安装时彻底清理接触面，严格控制压紧力，接触电阻达到较小值，三相互差值测量会有改变。如果数值较大，可能会存在以下原因：1)线圈的焊头有虚焊现象。2)分接开关没有到位。3)螺栓连接接头接触不良。

测量绕组直流电阻可以发现上述现象，有助于在变压器安装时消除导电回路的缺陷。在测得准确数据后应作好记录，以便在变压器投入运行后作为检查和处理故障的基准参考。

3 变压器的故障检查判断

工地变压器一般为临时用电，工作环境较永久变压器普遍较差，日常维护监控尤为重要。着重应监测变压器的运行状况、运行声音、油位情况、负载大小等重要指标，做好变压器的环境维护。

1)保持套管和绝缘子的清洁，定期清理变压器机身和顶部的灰尘。对套管及接线桩检查有无放电、虚接、断裂等现象，接地电阻是否达标，做到勤维护。

2)检查油冷却系统，对散热器的机身从外观、渗漏、锈蚀等各方面认真观察，对吸湿剂颜色仔细确认，防患于未然。

3)从运行声音上判断变压器运行是否正常，一般为“嗡嗡”声，声音连续均匀。声音异常可能为过载运行、电网电压异常，声音较为尖锐；变压器部件松动、分接开关接触不良，会有“嘶嘶”声音；绕组短路，油温急剧上升，应立即停止运行，避免爆裂起火。

4)从干燥剂颜色、气味上判断变压器的运行状态。干燥剂正常状态为白色，水进入油室干燥剂吸潮颜色变暗，更换干燥剂的同时要检查变压器绝缘状况；套管闪络放电，套管接线端松动、油泵烧毁会发出异味，通过色味的异常状态，及时组织维修。

5)从油温状况判断变压器的运行状况。正常工作状态油温维持较为稳定的刻度线，变化轻微。内部故障会引起温度异常。绕组绝缘损坏、内部接线头发热、铁芯接地等原因都会导致涡流增大，零序不平衡电流都会导致油温变化，同时导致差动和瓦斯保护动作。温度计的变化是非常危险的故障信号，要及时停运，检查变压器的散热管道、风扇、散热器阀门，对冷却器进行冲洗维护。油面降低及时补充变压器油，并记录补充的详细时间、数量，做好数据记录。

4 变压器容量的合理选择

工地变压器的合理配置是施工用电经济运行的前提，变压器的容量选择是工地施工用电的进场配置源头。一般采用TN-S接地、接零保护系统，在电源是中性点直接接地的220 V/380 V三相四线制的低压电力系统中增加一条专用保护零线(PE线),形成TN-S接零保护系统或三相五线制供电系统。三根相线(火线)必须为黄、绿、红三种颜色，工作零线(N线)为淡蓝色，保护零线(PE线)为黄/绿相间绝缘芯线，杜绝混用。三级配电系统，即从变压器出线开始至用电设备之间由总配电箱(一级配电箱)、分配电箱(二级配电箱)、开关箱(三级配电箱)三个层次逐级配送电力。即一个总配电箱(配电柜)可以分路若干个分配电箱，每一个分配电箱(配电柜)也可以分路若干个三级开关箱。从三级开关箱向用电设备配电实行“一机一闸一漏一箱”制，每一个开关箱控制一台与其相关的用电设备。

4.1 根据负荷分配，计算有效功率，经济配置临时变压器

工地变压器容量计算应充分考虑高峰负荷，罗列感性负载，计算三相总功率，计算单相设备功率时按照名牌标注的最大值计算。变压器在规定的使用条件下，能够保证变压器正常运行的最大载荷视在功率即为最大负载的视在功率。变压器额定运行时输出视在功率等于额定容量，输入视在功率大于额定容量。变压器容量选择是设备配置的前提，设定设备运行功率因数，一般按照0.8计算，根据负荷计算变压器的额定容量。以仁沐高速20标2号梁厂配置为例(见表1)。

表1 2号预制梁厂设备配置功率

2号梁场(用电负荷为246.1 kW)：

根据公式：S=√3UIcosφ=1.73×P×0.75=319.3 kVA。

选择315 kVA变压器。

4.2 合理并车运行，阶段性控制变压器容量

施工过程中从项目进场到工程后期，负荷变化大。如桥梁施工，前期桩基施工钻机负荷大，普通冲击钻及泥浆泵可达70 kW/台，五六台钻机即可达400 kW以上。桩基施工结束，桥梁下部混凝土施工仅振捣、焊接等小功率负荷。隧道施工前期空气压缩机130 kW/台，衬砌用输送泵90 kW/台，后期开挖结束负荷大幅降低。灵活采用变压器并车运行，适时增减变压器数量，可减少一次性T接及安装费用，避免重复投入，减少安装环节工作量，经济有效。

变压器并车运行应符合四个条件：1)接线绕组相同；2)电压变比相同；3)容量偏差不能超过1/3；4)短路阻抗不超±10%。

在严格执行上述四项原则的基础上，分步骤实现变压器并车运行，实现容量的有效补充。操作如图1所示。

并车运行前所有开关断开，准备就绪先将高压开关Q1,Q2闭合，变压器稳定运行闭合DK1,DK2开关，通电测试变压器低压侧线电压及相间电压，同相序测试电压差值细微(2 V左右)，将DK3闭合，变压器并车运行。

大负荷变压器并行，负荷降低及时切除一台，减少电力损耗，节约用电费用，实现经济运行。

5 变压器的经济运行及安全监控

经济运行是变压器的安全及输电量相同的前提下，充分利用现有用电设备条件，合理利用变压器的台数、档位优化组合，改善变压器运行条件，采取有效措施降低变压器电能损失，提高安全用电质量。在工程施工中，变压器的有效运行常常受制于工地用电的用电设备的不规律、不连续运转等因素造成无功功率的损失。由于变压器的容量、打压等级、贴心、绕组及制造工艺的不同，即使供应相同负载，不同厂家的无功损耗亦不同。在中铁十四局向莆铁路的工地上，先后运行82台大小不同型号、不同厂家、不同电压等级的变压器，总容量在4万多个千伏安。工地变压器大部分采用电容补偿器，按照变压器的30%～40%配置补偿器容量。大部分变压器都能有效补偿，每月受到供电局的无功补偿奖励，详见表2。但在棋盘石隧道，因补偿不到位，安装运行后的第一个月就被罚款6万余元，后经不断完善才逐步消除。戴云山隧道在隧道贯通后，因未能及时撤除变压器，变压器空载严重。当月功率因数为0.53，被罚款15万元。惨痛的损失让我们意识到变压器经济运行的重要性。工地变压器的经济运行要从技术措施上保证，更具有时效性。

有功功率损耗：

双绕组变压器的有功功率损耗Δp：

Δp=p0+β2p1。

其中，p0为变压器空载损耗；p1为定负载下变压器额定短路损耗，主要影响因素为变压器绕组的铜损及附加铜损；β2为负载系数，β=s/sn，s为变压器实时视在功率，sn为变压器额定视在功率。

表2 功率因数调整电费表(以0.80为标准值)

6 变压器的经济运行维护

变压器在投入使用后，不能放松日常的监视维护。工地用电感性负载较多。尤其在路桥等工地，打桩机、对焊机等负荷较大设备的启动，对变压器的冲击很大。不及时发现和处理问题，可能会造成不必要的损失。所以，日常维护相当重要。

1)在根据施工组织设计投入变压器后，随着负荷的不断增加，应根据实际情况认真作好负荷统计。

2)根据变压器的过负荷能力果断切除过负荷负载，切不可因任何原因牵强运行。

3)根据功率因数合理及时投入电容补偿，设置合理功率因数，自动投切补偿装置。

4)每日的电量统计以图表的形式体现出来，以便掌握用电高峰和低谷，分析调整负荷分配，将大负荷用电向谷时分配。

5)恶劣天气变化对变压器的冲击影响属必要检查，不可存侥幸心理放松警惕。

6)将监听变压器运行声音作为每日必修课，久而久之，变压器的细小变化都可能判断出来。

7)工地环境往往较差，飘扬的灰尘很容易对变压器工作性能造成影响。除了必要的防尘措施外，清洁工作切不可少。

8)定期进行电费经济核算，对峰谷平电价使用状况、力调电费、无功补偿情况进行分析核算，及时纠偏，采取措施，实现降本增效。

变压器作为工地施工的常用设备，已经成为工地电工最常见和必然面对的项目。变压器的安全使用与维护也是老生常谈。但工地施工的特殊性和多样性，却让我们必须面对各种可能难以估料的问题。所以工地变压器的安装检查与维护，是一个日益更新的问题，让我们在工作中不断总结积累，将它逐步完善和提高。