一种免维护有载调容配电变压器方案*

马振邦 , 刘广袤, 李 尊, 袁洪跃

(1.北京博瑞莱智能科技集团有限公司，北京100095;2.国网河南省电力公司三门峡供电公司，三门峡 472000;3.河南机电职业学院，郑州 451192)

作者简介：马振邦，本科，总工程师，工程师，Email：mzb@brlkj.com。

0 引言

目前全国变压器总损耗约占系统发电量的4%，其中配电变压器损耗占比约为总损耗的70%，因此降低变压器的损耗特别是配电变压器的损耗意义重大。调容变压器在负载较低时，调到小容量运行，空载损耗大大降低。以S11型10kV调容变压器为例，调到小容量时空载损耗实际低于S15型非晶变压器，因此目前调容变压器已大批量应用，特别是近年“煤改电”工程全部采用这种变压器。该项关键技术、系列装备及规模化应用于2020年荣获国家科学技术进步二等奖。

1 常规免维护有载调容变压器

调容变压器使用的调容开关以油开关为主，油开关在切换过程中会产生电弧，电弧除了会污染变压器油，还会烧蚀触头，因此需要定期维护变压器，但对于用量巨大的10kV配电变压器，定期维护必将花费大量的人力、物力、财力。若采用在线滤油装置，还需更换滤网，油泵是否能长期在线工作，可靠性需验证。因此调容开关又发展为将油开关更换为真空开关，实现调容开关的真正免维护，但调容开关实际需要的真空泡很多，图1所示为目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型调容变原理。

图1 Dyn11(Yyn0)型调容变原理

由图1可以看出，此调容开关共需高压真空泡9个、低压真空泡12个，如果调容开关兼具调压功能，此高压真空泡至少还需要增加6个，则真空泡的数量将在21-27范围内，将急剧增加调容开关的成本，且将二十多个真空泡安装在调容开关内，需要调容开关具有较大体积，导致调容变的体积及用油也会大幅增加，严重降低调容变的性价比，使其失去推广使用的意义。

2 过渡变压器型有载调容变压器

2.1方案介绍

有没有一种低成本免维护有载调容配电变压器方案呢?调容开关如果能够像有载真空调压开关一样，将开关分为切换开关和选择开关两部分，仅靠切换开关转换负荷灭弧，选择开关用来调节档位，不需要承担灭弧任务，使用真空泡的数量将大大降低。

调压开关之所以能够将档位选择和负荷切换分为两部分，是因为切换开关将档位选择部分的绕组进行了短接和隔离，但根据图1可知，调容变压器的绕组不能被这样操作。但如果在调容变压器调容操作的瞬间将负荷转给一个过渡变压器，主调容变压器暂断开电路，这样调容开关可以在不带电的情况下进行转换，不需要真空泡也可达到不产生电弧、免维护的目的。

然而，还存在一个问题是：为了供电连续性，必然有瞬时需要过渡变压器能够同大容量状态的调容变压器并联，还需要有瞬时同小容量状态的调容并联。这就要求调容变压器大容量和小容量时一次侧和二次侧电压差，也就是“钟点”接法相同且同过渡变压器的一样，否则两变压器间将产生严重环流，而且切换瞬间会存在相位突变。目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型调容变将不适合，但目前出现的调容变压器还有Dyn11(Dyn11)和Dyn11(Yzn11)两种，这两种变压器原理图如图2～3所示。

图2 Dyn11(Dyn11)型调容变原理

图2所示Dyn11(Dyn11)型调容变原理和图3所示Dyn11(Yzn11)型调容变原理，在调容前后“钟点”相同，过渡变压器采用Dyn11或Yzn11型即可满足上述要求。

图3 Dyn11(Yzn11)型调容变原理

2.2 调容方案确定

由图2～3可知，Dyn11(Dyn11)型调容变压器高压侧绕组和低压侧绕组调容时均进行串并联操作，除了高压绕组绕制复杂外，调压时还要求在串并联的两段绕组上均进行抽头，这样会增加调压开关的制作难度。而Dyn11(Yzn11)调容变压器的绕组高压侧同目前用量最多的Dyn11(Yyn0)型调容变一样简单，调压实现难度也一样，低压绕组甚至比Dyn11(Yyn0)型调容变少绕一段。另外Dyn11(Yzn11)调容变压器同Dyn11(Yyn0)型调容变压器比因为零序阻抗低，还可以解决小容量Yyn0接法时低压三相不平衡会引起电压偏差严重的问题，采用了Z型接法时防雷性能优良。因此笔者选择Dyn11(Yzn11)型调容变压器作为本方案的主变压器。图4所示为本方案具体实现电路图。

图4 本方案实现原理电路

2.3 方案优点

本方案为仅高压侧使用6个真空泡，其他开关为普通油内触头开关， 过渡变压器高低压侧开关同时开始动作，因设置低压侧断口较短，先进行合闸，因此时高压侧真空开关还未闭合，所以是在不带负荷情况下进行的合闸，仅有过渡变压器空载电流。过渡变压器高压侧真空开关闭合后，整个过渡装置和调容变压器构成了并联，主调容变压器前高压开关断电调容。开关在进行调容转换时，变压器也仅有空载电流，当调容变调容开关转换结束后，过渡装置和调容变压器仍并联，此时过渡装置的高低压侧开关同时开始分闸，同样因低压侧开关断口设置的短，高压侧真空开关先分开，先分开的开关分段了过渡装置并联时承担的负荷，而低压侧分开无需断开负荷。由于10kV杆上变压器容量较小，空载电流也极小，因此动作时不会产生明显电弧，因而不会烧蚀触头，对变压器油污染也达到极小的程度，可达到长期免维护的目的。

本方案的关键点是过渡变压器成本。那么分析此过渡变压器作用可知，以400(125)型调容变压器为例其调容转换点在70～80kVA，即使调容变和过渡变压器电压档位不同，其变压器间环流也可计算控制。因过渡变压器是瞬时工作制的，每次调容仅需工作大约40ms，其散热可不用考虑，只需考虑热稳定性、过渡过程中的电压降低，空负载损耗均无需指标要求，根据这一原则各厂家的可优化设计其体积及成本。

另外本过渡变压器在压降设计合理的情况下，甚至可以连同调压时也使用本方案，这样真空泡使用数量会更低。

2.4 方案实现及试运行

以下为按本文方案制造的400(125)kVA有载有载调容变压器，带典型的阻感性负载在80kVA左右负荷时(调容变压器临界转换点)，负荷上的测试的电压波形。图5所示为波形图。

图5 实验波形图

从图5波形图上看大、小容量转换过程，可以发现，电压相位未发生突变，且波形连续。本方案过渡变压器成本约为调容开关价格的一半。

2020年3月，上述变压器试品在河南三门峡供电公司挂网安装了5台，本方案调容变压器安装方式同普通变压器类似，按照国网公司配电网工程典型设计10kV配电变台分册可顺利安装。试运行期间，每月进行油气分析，各项指标均保持正常，没有油碳化现象发生。设备运行一年至2021年4月，拆除后按照新变压器进行各项出厂试验均合格，说明其免维护性能良好。在调容变压器挂网期间，变压器自身损耗电度同前一年度相比，平均降低了约1 300kWh， 说明本方案同样达到了调容变压器的节能效果。

3 结束语