配电变压器性能参数选择分析

崔亚琼

配电变压器性能参数选择分析

崔亚琼

(河北省水利水电第二勘测设计研究院，河北石家庄050021)

本文简要介绍了选择配电变压器容易忽视或不被重视的几个问题，阐述了变压器绕组接线组别、阻抗电压及备用容量选择考虑不周产生的影响及带来的危害；同时给出了不同接线组别的优缺点、阻抗电压取值应重点考虑的因素以及一、二级负荷变压器备用容量选择方法；并且明确了选择中的注意事项。论点清晰明了，可供同行在设计中参考。

变压器；接线组别；阻抗电压；备用容量；过载能力

配电变压器通常是指运行在配电网中电压等级为10～35kV、容量为6300kVA及以下直接向终端用户供电的电力变压器。配电变压器选择是工程电气设计中不可缺少的设计内容之一，选择不当会影响用电设备电压质量和正常运行，造成损耗增大，成本和运行费用增加，寿命缩短，甚至烧毁设备，引起火灾等严重事故。因此，合理选择变压器在电气设计中是至关重要的。而变压器绕组接线组别、阻抗电压和备用容量选择往往容易被忽视或不被重视。

1 配电变压器绕组接线组别选择

配电变压器常用的接线组别有2种，即Y，yn0和D，yn11。1953年以来的40多年里，我国中压和低压配电网的10(6)/0.4kV变压器几乎全部采用Y，yn0接线组别。《供配电系统设计规范》(GB50052-95)规定在TN及TT系统接地型式的低压电网中，宜选用D，yn11接线组别配电变压器，文献［1］中又规定在低压电网中宜选用D，yn11接线组别配电变压器。自国标提出此要求，至今已有20多年的时间了，可是还有不少人仍在选用Y，yn0接线组别的配电变压器。究其原因，主要是大家对这2种接线组别的优缺点不甚了解。那么到底如何选择配电变压器绕组接线组别、2者又有何区别呢？这需要从以下几个方面考虑。

(1)变压器适应三相负荷不平衡的能力。三相负荷不平衡时，Y，yn0接线变压器会引起中性点电压偏移，进而引起三相电压的不平衡，影响用电设备的正常运行，甚至烧毁设备；而D，yn11变压器允许中性线电流达到相电流的75%以上，承受不平衡负荷的能力远比Y，yn0变压器大。

(2)抑制3n次谐波的能力。随着现代工业的发展，电力电子技术(整流管、晶闸管、IGBT、IGCT)广泛应用，非线性负荷的数量与日俱增，这些谐波源产生的谐波电流注入电力系统，使电网电压产生畸变，对电力系统产生严重危害，构成了电力系统运行安全隐患，降低了电压质量。例如可能造成继电保护装置误动作，危及系统稳定运行；引起计量装置误差，降低其准确性；对通信设备及弱电造成干扰；增加电机损耗，加速绝缘老化；增加输电线路附加损耗等。Y，yn0接线变压器不能抑制3n次谐波；而D，yn11接线变压器可以较好地抑制3n次谐波，减轻系统谐波危害，提高了电压质量。

(3)对低压侧单相接地故障切除的影响。文献［2］及其他相关规范均要求低压侧单相接地故障时能迅速切断故障回路，以防止电气火灾和间接接触电击事故发生。Y，yn0变压器低压侧单相接地故障时的短路电流小，往往造成继电保护或低压开关脱扣器无法动作，不能迅速甚至不能切除故障回路。而D，yn11变压器零序阻抗小，可以提高低压侧单相接地故障电流，相应提高了继电保护或低压开关脱扣器动作电流，有利于单相接地故障的切除。

综上所述，低压电网中应该选用D，yn11变压器。只有负荷基本平衡，低压中性线电流不超过低压绕组额定电流的25%时(如要考虑电压的对称性(例如为了照明供电)，则中性点的连续负载应不超过10%额定电流时)或供电系统中谐波干扰不严重时，才可以选用Y，yn0变压器。但是需要注意的是，并不是所有情况都可以选择D，yn11变压器。例如，当原有旧工程改造时，如果新换变压器需要与原来Y，yn0变压器并列运行，新换变压器应采用原来的接线组别，否则2台变压器之间存在相角差，无法并列运行。

2 配电变压器阻抗电压选择

阻抗电压是变压器最主要的参数之一，合理选择变压器的阻抗电压，关系到系统的安全稳定和正常运行。多数设计人员在设计中都采用标准值，而不去深究阻抗电压涉及的各方面因素。其实，变压器阻抗电压也是需要根据系统电压偏差和波动以及较大容量变压器限制低压短路电流等要求计算确定的，具体主要应考虑以下几方面的因素。

(1)对高压侧熔断器熔体电流选择的影响。高压熔断器最小开断电流一般为熔体额定电流的3～5倍，甚至更高。为确保变压器低压绕组和低压出线短路时，高压熔体能可靠熔断，就需要提高低压侧短路时折算到高压侧的短路电流，使高压熔断器起到可靠的保护作用。特别是35/0.4kV的变压器，低压侧短路时，折算到高压侧熔断器安装处的电流值要比低压侧低87.5倍。对于小容量变压器，阻抗电压越大，内部阻抗越大，导致低压侧短路电流越小，折算到高压侧的短路电流不足以使高压熔断器熔断，造成高压熔断器保护不了变压器，从而引发严重事故。此时希望阻抗电压越小越好(南水北调中线一期工程邯邢段125kVA及以下容量的变压器就采用了低于标准值(6%)的阻抗电压(4%))。

(2)对成本、电压质量及电机类负荷的影响。同容量的变压器，阻抗电压小的成本低(内部损耗低)，变压器内部电压降也小，电压质量容易得到控制和保证，对于提高低压侧电压，特别是对电机类负载的起动电压有利。变压器阻抗电压高，电机类负荷起动时，变压器内部电压降大，母线电压和电机端子电压降也相应增大，造成起动困难，甚至导致电压过低，电机起动不起来，为保证电机顺利起动而不得不增大变压器容量或采取降压措施。从这个角度，希望阻抗电压越小越好。

(3)对设备和导体选型的影响。变压器阻抗电压越小，变压器低压侧短路电流越大，有可能超过低压开关切断短路电流的能力，需要加大低压开关的断流容量和导体截面，造成投资费用增加。短路电流大到一定程度，甚至选不出合适的设备。从这个角度考虑，希望阻抗电压越大越好。

综上所述，阻抗电压选择所应考虑的各方面因素是相互矛盾相互制约的，具体取值应在综合考虑以上几个方面因素的基础上具体计算得出。近年来大容量的断路器和低压限流断路器的广泛应用为降低变压器阻抗电压提供了有利条件，但是对于较大容量的配电变压器(例如1600kVA及以上)，还是应该注意根据限制短路电流的要求计算取值。

3 配电变压器容量选择

各种设计手册中关于变压器容量选择已经描述的很清楚了，此处需要阐述的是给一级和二级负荷供电的变压器容量选择。根据规程规范，一级和二级负荷需要2路电源供电，变压器也应设置2台，单台容量应满足全部一级和二级负荷需要。于是，不少设计人员，就会根据计算负荷，选择大于总计算负荷的标准容量作为2台变压器总容量。这样做的结果，势必导致正常运行时，变压器负荷率太低(＜50%)，造成资源浪费和运行成本增加。向电力部门申请用电时，电力部门均按照变压器总容量对待，正常运行时虽然只用到一路电源和2台变压器总容量一半以下的容量，但是，由于另一路电源时刻准备作为工作电源的备用，所以电力部门已经预留出了其备用投入时的容量，此部分容量不允许其他用户再使用，故投入运行之前用户就需要一次性给电力部门交付高供电可靠费用；在工程运行中，除缴纳正常计量的电费外，每kVA备用容量每月还应缴纳一定的费用，同时变压器负载率过低时，变压器损耗也会增加。而且变压器故障的几率非常小，备用容量很可能根本用不到或是即便用到了，也是短时间的。因此，采用这种方法选择变压器容量，既浪费了电力资源，又增加了用户的各种费用和运行成本，不符合节能要求。

对于这种情况，单台变压器最好在60%～70%总计算负荷之间选择标准容量，即保证正常运行时，变压器负载率为60%～70%。根据相关数据统计显示，此时变压器损耗最小，运行最经济。1台变压器短时故障时，可以充分利用变压器的过载特性承担全部一、二级负荷。对于强迫风冷干式变压器，只要运行环境良好，其过负荷能力可以达到50%，且能够较长时间连续运行，完全可以满足1台变压器短时间故障时全部负荷的供电要求。而且，工程负荷均有峰谷，不是一直都运行在满负荷。其他型式的变压器也均有一定的过载能力，采用上述方法选择变压器容量均能够满足工程一级和二级负荷用电要求。特别是峰谷负荷明显或断续运行负荷较多的工程，更适合采用上述方法选择变压器容量，以达到节能降耗和节约成本的目的。

但是，按照上述方法选择一、二级负荷变压器备用容量时，有一点必须注意，即变压器低压出线设备和导体要按照全部计算负荷电流选择，不能按照变压器容量选择，这一点往往容易忽视而造成事故。

4 结语

电力系统安全稳定运行，影响用电设备电压质量，而且造成一次性投入和运行费用的增加。所以希望设计人员一定要全面考虑变压器选择应该考虑的各种因素，确保电力系统及用电设备安全稳定并经济运行。

［1］GB50052-2009.供配电系统设计规范［S］.

［2］JGJ 16-2008.民用建筑电气设计规范［S］.

［3］GB50053-2013.20kV及以下变电所设计规范［S］.

［4］GB50053-2013.35～110kV变电站设计规范［S］.

［5］GB/T6451-1995.三相油浸式电力变压器技术参数和要求［S］.

［6］GB/T16228-1997.干式变压器技术参数和要求［S］.

［7］水利电力部西北电力设计院.电力工程电气设计手册［M］.北京：中国电力出版社，1989.

［8］水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册［M］.北京：水利电力出版社，1988.

［9］中国航空工业规划设计研究院.工业与民用配电设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2005.

［10］鲍舒眉，刘长义，余珊珊.配电变压器采用D，yn11接线分析［J］.安徽水利水电职业技术学院学报，2003，3(03)：47-49.

［11］王继明，邱丽琴，刘建平，等.变压器阻抗电压的合理选择及经济性研究［J］.冶金动力，2002(05)：1-3.

配电变压器是非常重要的电气设备，其性能参数的选择至关重要。大家往往更注重一些常规性能参数的选择，而常常忽视或者不够重视接线组别、阻抗电压和备用容量选择。通过上面的描述可以看出，上述几方面的性能参数选择不当很可能会危及

TM 421

B

1672-2469(2017)03-0063-03

DO I：10.3969/j.issn.1672-2469.2017.03.024

2017-01-17

崔亚琼(1967年—)，女，教授级高级工程师。