浅谈变压器的设计选型

摘要：主变压器作为一种重要的电气设备，在电力系统中起着非常重要的作用，因此必须保证主变压器的合理运行。在主变压器的实际运行和应用中，需要对主变压器进行设计，主变压器的设计和选择在主变压器的设计过程中具有重要的意義。

关键词：变压器;设计选型;选择

1 主变压器设计选型关注的要点

1.1 变压器能源损耗

第一，有功损耗。电力变压器主要有功损耗可分为铜耗和铁耗两大类。其中基本铁耗主要包括磁滞与涡流损耗，这主要是和变压器铁芯的材料性质有关。铁耗又被称为空载损耗，和负载的大小没有关系，铁耗的严重程度主要取决铁芯的质量，所以在选择是一定要选择低损耗的材质。而变压器的铜耗主要是指原，副绕组的直流电阻损耗和由肌肤效应所引起的电流沿导线截面分布不均所增加的损耗。所以在电力变压器的使用过程中一定要注意负载电流不可超过负载电流。第二，无功损耗。电力变压器的无功损耗主要是电流的损耗和漏磁的损耗引起的，而电流的损耗主要还是由变压器铁芯的材质所决定。

1.2 电力超标故障

变压器作为一项电力设备，其虽然承担着转变、稳定电压的重要作用，但其自身也存在额定电压，一旦经过变压器的电压超过额定电压，变压器内部结构将受到严重损坏。为应对电力超标问题，在变压器内部安置低压保护装置是十分常见的手段，低压保护装置主要以空气开关为主，如此一来，变压器的内部电压将得到良好控制，电压一旦超出额定标准，空气开关就能够及时对线路进行切断，从而实现对高压现象的有效避免。

1.3 三相负荷不平衡

在三相负荷载不平衡条件下运行的变压器，必然会产生较大零序电流，而变压器内部零序电流，势必在铁心中产生零序磁通，零序磁通在变压器的油箱壁或其他金属构件中构成回路。但主变压器的这些金属构件均为非导磁部件，则由此引起的磁滞和涡流损耗使这些部件发热，致使变压器局部金属件温度异常，严重时将导致变压器运行事故。

2 主变压器设计选型

2.1 主变压器联结组别的确定

1）能够有效抑制负载端的谐波电流，尤其是高次谐波，保证电流的正弦度和高质量。实际中经常采用的主变压器属于双圈变压器，当将正弦波电压施加于原边，就形成了正弦波的电势和磁通。当铁心达到饱和状态，空载电流的波形变成尖顶波，该波形中不仅含有基波，还还有大量的高次谐波。此时，将主变压器的联接组别设计成Dyn11，将原边接成三角形，激磁电流中的高次谐波能够在原边形成环流，这样就保证了原边电势以及激磁磁通的波形为正弦波的同时，变压器副边的感应电动势波形也为正弦波，有效抑制其谐波含量，负荷电流中不再含有二次谐波，保证了供电质量。

2）选用Dyn11联结组别的联接方式能够充分利用设备的容量。根据国标的相关规定，在低压电网中，如果三相变压器选择Yyn0结线，当出现单相不平衡负荷，中性线上会产生电流，该电流应该低于低压绕组的额定电流的1/4，同时，在满载情况下，一相的电流应该小于额定电流。从这一规定中可以看出，Yyn0结线时，主变压器的使用受到了很大的限制，其能力无法得到全面的利用。但是，如果采用Dyn11结线方式，不会限制中性线的电流，该电流允许达到变压器的低压侧线电流值，这样一来，就能够对电压器的容量进行充分的利用，在单相负荷为主的场合以及经常出现两相不平衡的主变压器中使用较为适宜。因此，无论是干式变压器还是油浸式变压器，都应该采用Dyn11联结组别。

2.2 变压器容量选择

变电站主变压器容量应根据地区供电条件、负荷性质、运行方式和用电容量等条件进行综合考虑。总的来说，对主变压器容量大小的选择，取决于区域负荷的现状和增长速度、上一级电网提供负载的能力、与之相连接的配电装置技术和性能指标，取决于负荷本身的性质和对供电可靠性要求的高低等因素。主变压器额定容量应能满足供电区域内用电负荷的需要，即满足全部用电设备总负荷的需要，以便投入运行后能常年经济运行，避免变压器长期处于过负荷状态运行。新建变电站主变压器容量的合理选择要考虑变压器最佳负荷率，运行效率要高、损耗要低的要求。单台主变压器容量的选择不宜过大或过小，单台容量应根据供电区域的负荷密度进行选择，要预留负荷发展和扩建的可能，实现变电站容量由小到大。投产初期主变压器的负载率尽量接近最佳经济运行负载系数，最大负荷利用小时数大于3 000 h时可取0.6～0.7，最大负荷利用小时数小于3 000 h时可取0.75～1.00。主变压器容量应满足5～10年规划负荷的需要，为今后供电区域负荷增长保留足够的容量裕度，防止不必要的扩建和增容。对于扩建、改造的变电站，主变压器容量的选择要与站内原有的主变压器技术参数相匹配。主变压器并列运行是变电站变压器经济运行的有效方式，在扩建、改造变电站时，新增或改造的主变压器与变电站内现有主变压器应能满足并联条件，即联结组别与相位关系相同;电压和变压比相同，允许偏差相同，调压范围内的每级电压相同;防止二次绕组之间因存在电势差产生环流;短路阻抗相同，控制在10%的允许偏差范围内，容量比为0.5～2.0。

2.3 变压器节能设计

变压器损耗包括有功功率损耗及无功功率损耗。变压器有功损耗由铁损和铜损，铁损又称空载损失，其值与铁心材质等有关，而与负荷大小无关，是基本不变的;而铜损与负荷电流平方成正比，负载电流为额定值的铜损又称短路损失.变压器的无功损耗由两部分组成，一部分由励磁电流即空载电流造成的损耗，他与铁心有关而与负荷无关;另一部分无功损耗指一、二次绕组的漏磁电抗损耗，其大小与与负载电流平方成正比。具体计算如下：

变压器功率损失ΔP（千瓦）、效率η（%）和损失率ΔP%（%）的计算公式：

SN—变压器额定容量;P1——变压器电源侧输入的功率;P2——变压器负载侧输出的功率;Po——变压器空载损耗;Pk——变压器短路损耗;cosφ——负载功率因数;β——负载系数;I2——变压器二次侧负载电流;I2e——变压器二次侧额定电流。

3 结语

变压器的经济运行的状况对城市电力系统供电的安全可靠性起着有着重要作用。在用电需求条件下，电力企业应重视主变压器的设计和选型，充分考虑电力系统的综合因素，科学选择主变压器的选型，提高主变压器的整体性能，以保证电力系统的安全稳定运行。

参考文献：

[1]廖瑞金，邵山峰，成立，杨丽君，赵学童.换流变压器油纸选型研究[J].智慧电力，2017，45（07）：9-17+36.

（作者单位：杭州协东电力设计工程有限公司）

作者简介：张玉寅，男，汉族，1987年4月，江苏省盐城市，大专，助理工程师，电气一次设计。