变压器在大型民用建筑中的应用

何显毅　梁志江

[摘要]文章结合工作实际经验，对变压器在大型民用建筑中遇到的一些问题进行分析，对于正确选择及使用变压器也是很重要的，所以在工程设计中应引起重视。

[关键词]变压器；民用建筑；容量选择；保护

[作者简介]何显毅，佛山市南海华林电力电器安装有限公司，广东佛山，528211；梁志江，佛山市南海华林电力电器安装有限公司，广东佛山，528211

[中图分类号]TM42

[文献标识码]A

[文章编号]1007-7723(2009)02—0142-0002

《民用建筑电气设计规范》规定：“用电设备容量在250kW或需用变压器容量在160kVA以上者应以高压方式供电”；“用电单位的高压配电电压宜采用10kV”。所以，变压器在大型民用建筑中的应用也日趋普遍。本文对民用建筑变压器设计中几个问题进行探讨。

一、变压器位置的选择与型式的确定

(一)变压器位置的选择

10kV变电所的位置，一般考虑尽量靠近负荷中心，设备运输方便，尽量避免多尘、高温、有剧烈震动、有爆炸和火灾危险、环境潮湿等场所。据此，变电所的位置有以下几种方式：

1，将变电所设在地下室或辅助建筑内。

2，在地下室和最高层设置主变压器。

3，分别在地下室、最高层和中问层设置主变压器。

4，仅在中间层设置主变压器。

5，主变压器分别设在底层和上部各层。

在上述各种方式中究竟采用何种方式，除了考虑节能经济、设备条件和施工方便等因素外，还要考虑经营和管理因素。

国内一般建筑通常采用将变电室设在地下室或辅助建筑内，当为超高层建筑时或顶层有大容量用电负荷时，可采用在地下室及最高层设置主变电室或采用底部设主变电所上部各层设分配电所。

(二)变压器型式的确定

常用的10kV配电变压器按其绝缘介质的不同，可分为油浸式变压器、六氟化硫变压器、干式变压器等几种型式。而民用建筑中变压器一般均设在建筑物内部。《10kV及以下变电所设计规范》及《高层民用建筑防火规范》中，对有可燃性油的电气设备在民用建筑内部的使用均有比较严格的条件限制，所以在民用建筑中宜选用干式或六氟化硫变压器作为配电变压器。而上述两种变压器中，干式变压器由于其体积小、价格低、使用及维护方便以及无毒等优点，所以在民用建筑中被普遍采用。

二、变压器结线组别的确定

国家规范《供配电系统设计规范》规定：“在TN及TT系统接地型式的低压电网中，宜选用D.yn11结线组别的三相变压器作为配电变压器。”而对于设有用户变电所的一般民用建筑，其低压系统接地型式大多采用TN系统，所以民用建筑中变压器的结线组别应优先考虑采用D.yn11结线组别。与采用Y.ynO结线组别的变压器相比，采用D.yn11结线组别的变压器有以下一些优点。

(一)有利于抑制高次谐波电流

对Y.ynO结线的三相变压器，原边星形连接而无中线，故三次谐波电流不能流通。原边励磁电流波形为正弦波时，则铁芯中磁通为平顶波，副边感应电势波形所含高次谐波分量大。励磁电流中以三次谐波为主的高次谐波电流在原边接成三角形条件下，可在原边形成环流，与原边接成星形相比，有利于抑制高次谐波电流。

(二)有利于单相接地短路故障的切除

原边接成三角形，绕组内可通过零序循环电流，因而可与低压绕组零序电流互相平衡、去磁。因此，副边零序阻抗很小。若原边接成星形，绕组不能流过零序电流，其零序电流在变压器铁芯中产生零序磁通，但其磁路不能在铁芯内形成闭合，要走铁芯外面的空气，其磁阻很大，变压器的零序阻抗较大。通常，在相同的条件下，D.yn11结线的变压器配电系统的鱼相短路电流为Y.ynO结线时的3倍以上。因此D.yn11结线有利于单相接地故障的切除。

(三)能充分利用变压器的设备能力

在民用建筑中，对于配电变压器，照明、空调、电热等220V单相负荷往往占很大比重。国家规范《供配电系统设计规范》规定：“在TN及TT系统接地型式的低压电网中，当选用Y.ynO结线组别的三相变压器时，其由单相不平衡负荷引起的中性线电流不得超过低压绕组额定电流的25％。且其一相的电流在满载时不得超过额定电流值。”这一规定十分明确地限制了Y.ynO结线时接用单相负荷的容量，从而限制了Y.ynO结线配电变压器的使用。此时变压器的设备能力不能充分利用。

而D.yn11结线方式的变压器，对中性线电流没有限制，可达变压器低压侧之线(相)额定电流，从而能充分利用变压器的容量，发挥其设备能力，尤其适宜于以单相负荷为主而易出现三相不平衡的配电变压器。

三、变压器台数及容量的确定

(一)变压器台数的确定

变压器台数主要根据负荷大小、供电可靠性和电能质量的要求，并兼顾节约电能、降低造价、运行方便等因素来决定。

1，按负荷等级及大小选择变压器台数。

2，电力和照明一般由共用的变压器供电。若共用变压器严重影响照明质量及灯泡寿命时，可考虑设置照明专用变压器。

3，如冲击负荷较大，严重影响电能质量时，应设专门变压器对冲击性负荷供电。

(二)变压器容量的确定

建筑物供电变压器的总装机容量s(kVA)可按下列公式进行计算：

s=Pjs/β×COSOφ

式中Pjs——建筑物的计算有功功率，kW

COSφ——补偿后的平均功率因数(一般取0Pjs9)

β——变压器的负载率

COSφ2取决于当地供电部门对用户的要求，一般要求用户高压侧的平均功率因数COSφ不小于0.9。因此，变压器容量的最终确定就在于选定变压器的负载率β，然后再按所选用的变压器标称系列来规整即可求得。

变压器的负载率影响变压器的经济运行，因为变压器的损耗与负载率有关，不同型号的变压器的最佳负载率β是不同的，而且与损失比α有关。国产干式变压器的最佳负载率β一般在60％左右。但在实际运行中，建筑物的负荷曲线是依时间而变化的，亦即负载率是时间的函数。因此，按照上述公式计算变压器的装机容量时，β值不能按变压器的最佳负载率来选取，应是略高于变压器的最佳负载率，而不会超载即可。

综合考虑各方面的因素，在单台变压器运行时，建议的取值范围以70％～85％为宜，损失比大的变压器类型β取低值，损失比小的变压器类型可取高值。

当采用两台及以上变压器时，变压器的总装机容量的选择不但与考虑节能时的负载率β有关，还与考虑供电负荷级别所需的变压器备用负荷有关。此时当其中任何一台变压器断开时，其余变压器的容量应能保证全部一级负荷及二级负荷的用电。对事故出现时的过负荷应考虑变压器的过载能力，必要时可采取强迫风冷措施。

在变压器容量的选择过程中还应注意，民用住宅建筑变电所中单台变压器的容量不宜大于1250kVA。当用电设备容量较大、负荷集中且运行合理时，方可选择较大容量的变压器。民用公建变电所中单台变压器的容量最大不应大于2500kVA。

当变压器的容量确定后，最后还应根据电动机启动或其他负荷冲击的条件进行校验。

四、变压器的保护

对于民用建筑中所采用的干式配电变压器应装设三相过流及速断保护、温度升高保护，在中性点直接(或经小电阻)接地系统中还应装设单相接地保护。

当高压侧采用熔断器作为变压器的保护时，其熔体电流应按变压器额定电流的1.4～2倍选择。变压器过流保护装置的动作电流应躲过可能出现的正常使用时的过负荷电流，保护装置的灵敏系数不应小于1.5，保护装置的动作时限应与下一级保护动作时限配合，一般取值0.5～0.7s。

变压器电流速断保护装置的动作电流应躲过低压侧短路时，流过保护装置的最大保护电流，保护装置的灵敏系数不应小于2。

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一。常用的温度保护装置均通过在低压绕组最热处预埋热敏测温电阻来测取温度信号。当变压器负荷增大、运行温度达到一定数值时，系统自动启动风机冷却，当变压器绕组温度继续上升，达到警戒温度时，系统输出趁温报塔伶号；若温度再继续上升，使变压器不能正常运行时，系统将向二次保护回路输送超温跳闸信号，使变压器保护开关迅速跳闸。

五、结语

以上对民用建筑变压器设计的一些常见问题进行了探讨，在工程设计中，除了应考虑以上一些问题外，还应考虑其他许多问题，如变压器工频耐压的确定、变压器电压偏移及损失的计算、变压器的变压比及电压分接头的确定、变压器的防护方式的确定、变压器的冷却方式的确定、变压器低压出线方式及其接口配合的确定等问题。