调容变压器的工作原理与设计要点

调容变压器的工作原理与设计要点

白静

身份证号码： 1525261980**** 0023

摘要：S11-M·ZT型有载调容变压器是一种新技术节能型配电变压器，具有大小两种额定容量，并可根据负荷大小，利用特制的有载调容分接开关来变换绕组的连接方式，调整运行容量的大小。运行方式可以自动转换，它解决了10kV配电网季节性负荷变化幅度比较大而造成变压器损耗大的问题，克服了无载调容变压器断电手动调节容量而导致的运行维护难题。

关键词：调容变压器；工作原理；设计要点

1调容变压器的设计原理

有载调容变压器的基本设计原理：变压器三相高压绕组在大容量时接成D接，小容量时接成Y接。每相低压绕组由三部分组成：少数线匝部分（Ⅰ段）、多数线匝部分（Ⅱ、Ⅲ段）。大容量时Ⅱ、Ⅲ段并联再与Ⅰ段串联，小容量时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段全部串联。由大容量调为小容量时，低压绕组匝数增加，同时高压绕组变为Y接，相电压降低，且匝数增加与电压降低倍数相当，可以保证输出电压不变。

2节能原理

变压器的总损耗包括负载损耗和空载损耗。降低变压器的负载损耗，意味着要降低变压器绕组电磁线的电阻，即在绕组匝数和形状大致不变的情况下增加电磁线的导电面积，会极大地增加变压器的成本。以容量为400kVA的10kV电压等级的S11或S13型变压器为例，若要降低变压器负载损耗的5%，需要增加1500～2000元的成本。空载损耗是磁通在铁芯上产生的磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗和涡流损耗与磁通密度的二次方成正比，因此降低空载损耗就要降低磁通密度。BM=et/(1.44fs)其中，BM为磁通密度最大值，et为匝电压，f为频率，s为铁芯净面积。可见，改变匝电压就可以改变流过铁芯的磁通密度，从而降低空载损耗。调容变就是采用调容开关调整变压器高、低压侧绕组抽头的接线方式。

3工作原理

3.1Y-D转换有载调容调压变压器

此时变压器高压绕组处于Y接状态，单个绕组承受的输入电压为相电压，低压侧绕组分为三段串联。高压绕组处于D接状态，单个绕组承受的输入电压为线电压，低压侧绕组三段中两段并联再和第三段串联。小容量时，绕组承受的相电压是大容量时的线电压的1/3。因为绕组变换前后匝数不变，所以小容量时匝电压也是大容量时匝电压的1/3，铁芯磁通的磁通密度也为小容量时是大容量时的1/3。根据铁芯特性，变压器空载损耗将约降低为大容量时的1/3。无论变压器大、小容量，变压器的低压输出电压应保持不变。为了并联的绕组间无环流，用于串并联的两段绕组匝数必须相等。因此，低压侧绕组应满足以下关系：(K2+2K1):(K2+K1)=3:1，其中K2为非串并联段绕组匝数，K1为串并联段两绕组的匝数，约分后可得K2:K1=0.27:0.73。

3.2串-并联转换有载调容调压变压器

高压绕组和低压绕组均由两段绕组组成，高、低压的两段绕组均串联，大容量时，。这样可以达到的效果为，变压器小容量的空载损耗和负载损耗将变为大容量的1/4时，短路阻抗不变，空载电流变为大容量的1/8左右。以S11-400（100）/10型调容变为例，变压器在小容量状态完全满足100kVA变压器的参数要求。同样，采用对应有载调容调压开关可以达到保证供电连续性的目的。

3.3两种调容变的优缺点比较

Y-D转换的调容变小容量是大容量的1/3，串-并联转换的调容变小容量是大容量的1/4，因此Y-D转换的调容变调到小容量节能的几率大于串-并联转换的调容变。但是，串-并联转换的调容变调到小容量时更节能。Y-D转换的调容变小容量是Yyn0的接法。这种接法的变压器零序阻抗偏大，通常可达到50%～60%。因此，一旦低压负荷三相不平衡会导致三相电压严重偏差。一般规定，这种接法的变压器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%。串-并联转换的调容变在调容前后可保持Dyn11接法不变。这种接法的变压器零序阻抗低，因此即使三相不平衡也可长期运行。另外，因为零序阻抗的不同，Dyn11结线的变压器配电系统的单相短路电流为Yyn0结线时的3倍以上，有利于单相接地短路故障判断切除。单从联结组别讲，串-并联调容变更具优势。Y-D转换的调容变同串并联转换的调容变所用调容调压开关相比，Y-D型调容开关所用触头更少，且对应的调压开关也更简单。两种调容变对应的变压器器身，Y-D型因高压绕组同普通变压器一样，而串并联型需分段绕制，因此Y-D型高压绕组更简单。低压绕组因串并联型仅分两段，因此更简单。

3.4小容量时过载能力分析

Y-D转换的调容变，由上分析可知小容量时实际流过高压绕组的额定电流仅为大容量时设计值的3/3，因此过载至3倍才达到设计电流。而流过低压绕组的额定电流仅为大容量时设计值的2/3，过载至1.5倍才达到设计电流。串并联型调容变，流过高、低压绕组的电流为大容量的1/2，过载至2倍才达到设计电流。同时，因为绕组的散热面积、油箱的散热面积均是按大容量设计的，所以小容量时实际可过载能力更大。因此，调容变在小容量时临时的过负荷并不会影响变压器的安全运行，调容开关不需要频繁转换。

4设计要点

4.1联结组别

Y-D转换型大容量时联结组别应设计为Dyn11，小容量时为Yyn0。串并联型大、小容量可设置为Dyn11。当然，上述Dyn11也可设计为Dyn1，但不是常见联结组别。

4.2匝数调整

Y-D转换型调容变的低压绕组应分为三段，其中两段用于串并联段的绕组匝数均为大容量总匝数的73%，第三段匝数为大容量总匝数的27%。此处应注意，因变压器的低压匝较少，按此比例分大部分为小数。四舍五入后，大容量变比设计为0.7%，小容量下变比误差许多无法满足国标要求：小于0.5%或实际短路阻抗的1/10。因此，根据设计经验需要调整高压匝数。例如，可以使大容量误差为正偏差而小容量为负偏差，以有效增加变比误差裕度。此外，匝数仍需选择：10～30匝间仅11、15、18、19、22、23、25、26、27、29、30可选择，30匝以上32、39、43需规避。串并联转换型调容变不存在这个问题，变压器的低压可以为任意匝数。

4.3绕组抽头与引线结构

调容变绕组抽头的方式主要是低压抽头方式，这同所选用调容开关的接头位置关系密切。如果选用调容开关安装在变压器器身侧面，变压器抽头一般选在线圈的上端及下端两处。Y-D转换型变压器低压绕组分为三层，串并联转换型调容变分为两层。每段一层，绕组绕向可根据调容开关转换要求设置。这样设置的优点是段间绝缘靠层绝缘保障，工艺好控制，缺点是串、并联段间存在漏磁感应电压不同而引起环流问题，且内部段电阻小，外部段电阻大，两支路电阻不平衡。另外，调容开关在侧面低压引线过长，引线成本较高，存在三相电阻不平衡的问题。

5结论

调容变因依靠其小容量时空载损耗的显著降低，常用在季节性负载变化幅度较大的农村电网或昼夜负载变化幅度较大的城市商业区、开发区、工业区环境。近年来，调容变已大量应用在北京及河北地区的煤改电工程。本文结合Y-D转换型调容变和串并联转换型变压器，详细分析了调容变的工作原理和设计注意事项，以期提供借鉴。

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