馬振邦 , 劉廣袤, 李 尊, 袁洪躍

(1.北京博瑞萊智能科技集團(tuán)有限公司，北京100095;2.國(guó)網(wǎng)河南省電力公司三門峽供電公司，三門峽 472000;3.河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院，鄭州 451192)

作者簡(jiǎn)介：馬振邦，本科，總工程師，工程師，Email：mzb@brlkj.com。

0 引言

目前全國(guó)變壓器總損耗約占系統(tǒng)發(fā)電量的4%，其中配電變壓器損耗占比約為總損耗的70%，因此降低變壓器的損耗特別是配電變壓器的損耗意義重大。調(diào)容變壓器在負(fù)載較低時(shí)，調(diào)到小容量運(yùn)行，空載損耗大大降低。以S11型10kV調(diào)容變壓器為例，調(diào)到小容量時(shí)空載損耗實(shí)際低于S15型非晶變壓器，因此目前調(diào)容變壓器已大批量應(yīng)用，特別是近年“煤改電”工程全部采用這種變壓器。該項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)、系列裝備及規(guī)?；瘧?yīng)用于2020年榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

1 常規(guī)免維護(hù)有載調(diào)容變壓器

調(diào)容變壓器使用的調(diào)容開(kāi)關(guān)以油開(kāi)關(guān)為主，油開(kāi)關(guān)在切換過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生電弧，電弧除了會(huì)污染變壓器油，還會(huì)燒蝕觸頭，因此需要定期維護(hù)變壓器，但對(duì)于用量巨大的10kV配電變壓器，定期維護(hù)必將花費(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力。若采用在線濾油裝置，還需更換濾網(wǎng)，油泵是否能長(zhǎng)期在線工作，可靠性需驗(yàn)證。因此調(diào)容開(kāi)關(guān)又發(fā)展為將油開(kāi)關(guān)更換為真空開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)調(diào)容開(kāi)關(guān)的真正免維護(hù)，但調(diào)容開(kāi)關(guān)實(shí)際需要的真空泡很多，圖1所示為目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變?cè)怼?/p>

圖1 Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變?cè)?/p>

由圖1可以看出，此調(diào)容開(kāi)關(guān)共需高壓真空泡9個(gè)、低壓真空泡12個(gè)，如果調(diào)容開(kāi)關(guān)兼具調(diào)壓功能，此高壓真空泡至少還需要增加6個(gè)，則真空泡的數(shù)量將在21-27范圍內(nèi)，將急劇增加調(diào)容開(kāi)關(guān)的成本，且將二十多個(gè)真空泡安裝在調(diào)容開(kāi)關(guān)內(nèi)，需要調(diào)容開(kāi)關(guān)具有較大體積，導(dǎo)致調(diào)容變的體積及用油也會(huì)大幅增加，嚴(yán)重降低調(diào)容變的性價(jià)比，使其失去推廣使用的意義。

2 過(guò)渡變壓器型有載調(diào)容變壓器

2.1方案介紹

有沒(méi)有一種低成本免維護(hù)有載調(diào)容配電變壓器方案呢?調(diào)容開(kāi)關(guān)如果能夠像有載真空調(diào)壓開(kāi)關(guān)一樣，將開(kāi)關(guān)分為切換開(kāi)關(guān)和選擇開(kāi)關(guān)兩部分，僅靠切換開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換負(fù)荷滅弧，選擇開(kāi)關(guān)用來(lái)調(diào)節(jié)檔位，不需要承擔(dān)滅弧任務(wù)，使用真空泡的數(shù)量將大大降低。

調(diào)壓開(kāi)關(guān)之所以能夠?qū)n位選擇和負(fù)荷切換分為兩部分，是因?yàn)榍袚Q開(kāi)關(guān)將檔位選擇部分的繞組進(jìn)行了短接和隔離，但根據(jù)圖1可知，調(diào)容變壓器的繞組不能被這樣操作。但如果在調(diào)容變壓器調(diào)容操作的瞬間將負(fù)荷轉(zhuǎn)給一個(gè)過(guò)渡變壓器，主調(diào)容變壓器暫斷開(kāi)電路，這樣調(diào)容開(kāi)關(guān)可以在不帶電的情況下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不需要真空泡也可達(dá)到不產(chǎn)生電弧、免維護(hù)的目的。

然而，還存在一個(gè)問(wèn)題是：為了供電連續(xù)性，必然有瞬時(shí)需要過(guò)渡變壓器能夠同大容量狀態(tài)的調(diào)容變壓器并聯(lián)，還需要有瞬時(shí)同小容量狀態(tài)的調(diào)容并聯(lián)。這就要求調(diào)容變壓器大容量和小容量時(shí)一次側(cè)和二次側(cè)電壓差，也就是“鐘點(diǎn)”接法相同且同過(guò)渡變壓器的一樣，否則兩變壓器間將產(chǎn)生嚴(yán)重環(huán)流，而且切換瞬間會(huì)存在相位突變。目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變將不適合，但目前出現(xiàn)的調(diào)容變壓器還有Dyn11(Dyn11)和Dyn11(Yzn11)兩種，這兩種變壓器原理圖如圖2～3所示。

圖2 Dyn11(Dyn11)型調(diào)容變?cè)?/p>

圖2所示Dyn11(Dyn11)型調(diào)容變?cè)砗蛨D3所示Dyn11(Yzn11)型調(diào)容變?cè)?，在調(diào)容前后“鐘點(diǎn)”相同，過(guò)渡變壓器采用Dyn11或Yzn11型即可滿足上述要求。

圖3 Dyn11(Yzn11)型調(diào)容變?cè)?/p>

2.2 調(diào)容方案確定

由圖2～3可知，Dyn11(Dyn11)型調(diào)容變壓器高壓側(cè)繞組和低壓側(cè)繞組調(diào)容時(shí)均進(jìn)行串并聯(lián)操作，除了高壓繞組繞制復(fù)雜外，調(diào)壓時(shí)還要求在串并聯(lián)的兩段繞組上均進(jìn)行抽頭，這樣會(huì)增加調(diào)壓開(kāi)關(guān)的制作難度。而Dyn11(Yzn11)調(diào)容變壓器的繞組高壓側(cè)同目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變一樣簡(jiǎn)單，調(diào)壓實(shí)現(xiàn)難度也一樣，低壓繞組甚至比Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變少繞一段。另外Dyn11(Yzn11)調(diào)容變壓器同Dyn11(Yyn0)型調(diào)容變壓器比因?yàn)榱阈蜃杩沟?，還可以解決小容量Yyn0接法時(shí)低壓三相不平衡會(huì)引起電壓偏差嚴(yán)重的問(wèn)題，采用了Z型接法時(shí)防雷性能優(yōu)良。因此筆者選擇Dyn11(Yzn11)型調(diào)容變壓器作為本方案的主變壓器。圖4所示為本方案具體實(shí)現(xiàn)電路圖。

圖4 本方案實(shí)現(xiàn)原理電路

2.3 方案優(yōu)點(diǎn)

本方案為僅高壓側(cè)使用6個(gè)真空泡，其他開(kāi)關(guān)為普通油內(nèi)觸頭開(kāi)關(guān)， 過(guò)渡變壓器高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)始動(dòng)作，因設(shè)置低壓側(cè)斷口較短，先進(jìn)行合閘，因此時(shí)高壓側(cè)真空開(kāi)關(guān)還未閉合，所以是在不帶負(fù)荷情況下進(jìn)行的合閘，僅有過(guò)渡變壓器空載電流。過(guò)渡變壓器高壓側(cè)真空開(kāi)關(guān)閉合后，整個(gè)過(guò)渡裝置和調(diào)容變壓器構(gòu)成了并聯(lián)，主調(diào)容變壓器前高壓開(kāi)關(guān)斷電調(diào)容。開(kāi)關(guān)在進(jìn)行調(diào)容轉(zhuǎn)換時(shí)，變壓器也僅有空載電流，當(dāng)調(diào)容變調(diào)容開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，過(guò)渡裝置和調(diào)容變壓器仍并聯(lián)，此時(shí)過(guò)渡裝置的高低壓側(cè)開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)始分閘，同樣因低壓側(cè)開(kāi)關(guān)斷口設(shè)置的短，高壓側(cè)真空開(kāi)關(guān)先分開(kāi)，先分開(kāi)的開(kāi)關(guān)分段了過(guò)渡裝置并聯(lián)時(shí)承擔(dān)的負(fù)荷，而低壓側(cè)分開(kāi)無(wú)需斷開(kāi)負(fù)荷。由于10kV桿上變壓器容量較小，空載電流也極小，因此動(dòng)作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生明顯電弧，因而不會(huì)燒蝕觸頭，對(duì)變壓器油污染也達(dá)到極小的程度，可達(dá)到長(zhǎng)期免維護(hù)的目的。

本方案的關(guān)鍵點(diǎn)是過(guò)渡變壓器成本。那么分析此過(guò)渡變壓器作用可知，以400(125)型調(diào)容變壓器為例其調(diào)容轉(zhuǎn)換點(diǎn)在70～80kVA，即使調(diào)容變和過(guò)渡變壓器電壓檔位不同，其變壓器間環(huán)流也可計(jì)算控制。因過(guò)渡變壓器是瞬時(shí)工作制的，每次調(diào)容僅需工作大約40ms，其散熱可不用考慮，只需考慮熱穩(wěn)定性、過(guò)渡過(guò)程中的電壓降低，空負(fù)載損耗均無(wú)需指標(biāo)要求，根據(jù)這一原則各廠家的可優(yōu)化設(shè)計(jì)其體積及成本。

另外本過(guò)渡變壓器在壓降設(shè)計(jì)合理的情況下，甚至可以連同調(diào)壓時(shí)也使用本方案，這樣真空泡使用數(shù)量會(huì)更低。

2.4 方案實(shí)現(xiàn)及試運(yùn)行

以下為按本文方案制造的400(125)kVA有載有載調(diào)容變壓器，帶典型的阻感性負(fù)載在80kVA左右負(fù)荷時(shí)(調(diào)容變壓器臨界轉(zhuǎn)換點(diǎn))，負(fù)荷上的測(cè)試的電壓波形。圖5所示為波形圖。

圖5 實(shí)驗(yàn)波形圖

從圖5波形圖上看大、小容量轉(zhuǎn)換過(guò)程，可以發(fā)現(xiàn)，電壓相位未發(fā)生突變，且波形連續(xù)。本方案過(guò)渡變壓器成本約為調(diào)容開(kāi)關(guān)價(jià)格的一半。

2020年3月，上述變壓器試品在河南三門峽供電公司掛網(wǎng)安裝了5臺(tái)，本方案調(diào)容變壓器安裝方式同普通變壓器類似，按照國(guó)網(wǎng)公司配電網(wǎng)工程典型設(shè)計(jì)10kV配電變臺(tái)分冊(cè)可順利安裝。試運(yùn)行期間，每月進(jìn)行油氣分析，各項(xiàng)指標(biāo)均保持正常，沒(méi)有油碳化現(xiàn)象發(fā)生。設(shè)備運(yùn)行一年至2021年4月，拆除后按照新變壓器進(jìn)行各項(xiàng)出廠試驗(yàn)均合格，說(shuō)明其免維護(hù)性能良好。在調(diào)容變壓器掛網(wǎng)期間，變壓器自身?yè)p耗電度同前一年度相比，平均降低了約1 300kWh， 說(shuō)明本方案同樣達(dá)到了調(diào)容變壓器的節(jié)能效果。

3 結(jié)束語(yǔ)