變電站站用變壓器選擇及容量計(jì)算

馮 麗

海南電力設(shè)計(jì)研究院，海南海口 570203

近幾年來(lái)，隨著“家電下鄉(xiāng)”、“以舊換新”等一系列激勵(lì)性政策的實(shí)施，空調(diào)、電飯煲、電磁爐、電壓力鍋、電熱水器、電水壺、潛水泵等家電產(chǎn)品幾乎是每個(gè)家庭的必需品。當(dāng)然，變電站值班人員的也離不開(kāi)這些家電，這樣就造成所用負(fù)荷的增大，對(duì)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)及計(jì)算是站用變壓器容量選擇必須條件。

1 站用變壓器的負(fù)荷計(jì)算原則及分類

1.1 負(fù)荷計(jì)算原則

1）連續(xù)運(yùn)行及經(jīng)常短時(shí)運(yùn)行的設(shè)備應(yīng)予計(jì)算；

2）不經(jīng)常短時(shí)及時(shí)不經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的設(shè)備不予計(jì)算。

負(fù)荷計(jì)算一般均采用換算系數(shù)法。將負(fù)荷的額定功率千瓦時(shí)換算為站用變壓器的計(jì)算負(fù)荷千伏安，電動(dòng)機(jī)負(fù)荷的換算系數(shù)一般采用0.85，電熱負(fù)荷及照明負(fù)荷的換算系數(shù)取1。

1.2 負(fù)荷的分類

類負(fù)荷：短時(shí)停電可能影響人身或設(shè)備安全，使生產(chǎn)運(yùn)行停頓或主變壓器減載的負(fù)荷。

類負(fù)荷：允許短時(shí)停電，但停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，有可能影響正常生產(chǎn)運(yùn)行的負(fù)荷。

類負(fù)荷：長(zhǎng)期停電不會(huì)直接影響生產(chǎn)運(yùn)行的負(fù)荷。

1.3 主要負(fù)荷特性

類負(fù)荷：經(jīng)常、連續(xù)性負(fù)荷：變壓器強(qiáng)油風(fēng)（水）冷確裝置、載波、微波通信電源、遠(yuǎn)動(dòng)裝置、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)、檢測(cè)裝置電源、不經(jīng)常、短時(shí)性負(fù)荷：消防水泵、變壓器水噴霧。

類負(fù)荷：經(jīng)常、斷續(xù)性負(fù)荷：變壓器有載調(diào)壓裝置、有載調(diào)壓裝置的帶電濾油裝置、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)操作電源、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、端子箱加熱、經(jīng)常、短時(shí)性負(fù)荷：深井水泵或給水泵、生活水泵、不經(jīng)常、連續(xù)性負(fù)荷：事故通風(fēng)

類負(fù)荷：經(jīng)常、連續(xù)性負(fù)荷：通風(fēng)機(jī)、空調(diào)機(jī)、電熱鍋爐、所區(qū)生活用電、不經(jīng)常、連續(xù)性負(fù)荷：配電裝置檢修電源。

注：連續(xù)——每次連續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)2h以上的。

短時(shí)——每次連續(xù)帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)2h以內(nèi)，10min以上的。

斷續(xù)——每次使用從帶負(fù)荷到空載或停止，反復(fù)周期地工作，每個(gè)工周期不超過(guò)10min的。

經(jīng)?！概c正常生產(chǎn)過(guò)程有關(guān)的，一般每天都要使用的負(fù)荷。

不經(jīng)?！刚２挥?，只在檢修、事故或者特定情況下使用的負(fù)荷。

2 站用變壓器容量的選擇

綜合各種用電設(shè)備的設(shè)施容量，求出計(jì)算負(fù)荷（一般不計(jì)消防負(fù)荷），補(bǔ)償后的視在容量是選擇變壓器容量和臺(tái)數(shù)的依據(jù)。一般變壓器的負(fù)荷率85%左右。

S ≥ K1×P1+P2+P3 式（1-1）

式中：S——站用變壓器容量（kVA）；

K1——站用動(dòng)力負(fù)荷換算系數(shù)，一般取K1=0.85；

P1——站用動(dòng)力負(fù)荷之和（kW）；

P2——站用電熱負(fù)荷之和（kW）；

P3——站用照明負(fù)荷之和（kW）。

3 站用變壓器型式和阻抗選擇

3.1 站用變壓器型式

站用變壓器連接組別宜使各站用工作變壓器及站用備用變壓器輸出電壓一致。

目前，我國(guó)站用變壓器的主要采用D，yn和Y，yn兩種聯(lián)接組別。聯(lián)接組別D，yn站用變壓器比Y，yn站用變壓器的零序阻抗大大減小了，其值約與其正序阻抗相等，使單相短路電流增大，縮小了與三相短路電流的差異。這不僅可直接提高單相短路時(shí)保護(hù)設(shè)備的靈敏度，利于保護(hù)設(shè)備與饋線電纜截面的選擇配合；而且可簡(jiǎn)化保護(hù)方式，可不裝設(shè)單獨(dú)的單相短路保護(hù)，利用高壓側(cè)的過(guò)電流保護(hù)兼低壓側(cè)單相短路保護(hù)。

D，yn聯(lián)接變壓器的三角形繞組，為三次諧波電流或零序電流提供了通路，使相電壓更接近正弦波，改善了電壓波形質(zhì)量；另外，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)三相負(fù)荷不平衡時(shí)，這種聯(lián)接的變壓器不會(huì)出現(xiàn)低壓側(cè)中性點(diǎn)的浮動(dòng)位移，保證了供電電壓質(zhì)量。

故站用變壓器宜選用D，yn聯(lián)接的變壓器。

3.2 站用變壓器阻抗選擇

站用變壓器的阻抗應(yīng)按低壓電器對(duì)短路電流的承受能力確定，宜采用標(biāo)準(zhǔn)阻抗系列的普通變壓器。

4 工程實(shí)例設(shè)計(jì)

東方龍北220kV變電站站用變壓器選擇及容量計(jì)算：

該站用變壓器選用干式變壓器。干式變壓器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)

干式變壓器沒(méi)有油，也就沒(méi)有火災(zāi)、爆炸、污染等問(wèn)題，故干式變壓器布置可以不要求單獨(dú)房間內(nèi)。

干式變壓器具有低噪聲低損耗，使干式變壓器更加節(jié)能、更加寧?kù)o。

2）防護(hù)方式

根據(jù)使用環(huán)境特征及防護(hù)要求，干式變壓器可選擇不同的外殼。

龍北站選用IP23防護(hù)外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物及鼠、蛇、貓、雀等小動(dòng)物進(jìn)入，造成短路停電等惡性故障，為帶電部分提供安全屏障。

3）冷卻方式

干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻（AN）和強(qiáng)迫空氣冷卻（AF）。

自然空氣冷卻，變壓器可在額定容量下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。

強(qiáng)迫空氣冷卻，變壓器輸出容量可提高50%。

4）龍北220kV站站用變壓器選用干式變壓器、強(qiáng)迫空氣冷卻、帶防護(hù)外殼型。

技術(shù)參數(shù)為：

使用頻率：50Hz/60Hz；空載電流：<4%；

耐壓強(qiáng)度：2 000V/min無(wú)擊穿；絕緣等級(jí)：F級(jí)；

連接方式：△/Y0；線圈允許溫升：I00K；

散熱方式：自然風(fēng)冷；、噪音系數(shù)：≤30dB

工作環(huán)境0℃～40℃，相對(duì)濕度<80%，海拔高度：不超過(guò)2 500m。

根據(jù)電氣二次專業(yè)、土建暖通專業(yè)提供的資料以及變電站內(nèi)生活照明所需要的用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)見(jiàn)下表：

序號(hào) 名稱 容量kW 名稱 容量kW 名稱 容量kW 備注1 主變端子箱 15 220kV配電裝置 38 室外照明電源 4.8經(jīng)常、連續(xù)2 1#主變風(fēng)冷 8.5 110kV配電裝置 38 主控樓照明電源 2.11經(jīng)常、連續(xù)3 2#主變風(fēng)冷 8.5 10kV開(kāi)關(guān)柜加熱 10 警衛(wèi)室照明電源 10 經(jīng)常、連續(xù)4 綜合保護(hù)室實(shí)驗(yàn) 3 站用電直流高頻開(kāi)關(guān) 40 10kV配電裝置照明 1.01經(jīng)常、連續(xù)5消弧線圈控制 1.5 繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)電源屏 20 經(jīng)常、連續(xù)6 通信電源 10 風(fēng)機(jī) 3.31 經(jīng)常、連續(xù)7 UPS逆變電源 5 空調(diào) 58.8 經(jīng)常、連續(xù)8 水泵房電源 9.34 經(jīng)常、短時(shí)9 P1 60.84 P2 208.11 P3 17.92

根據(jù)式（1-1）S≥K1×P1+P2+P3得：

S≥0.85×60.784+208.11+17.92=277.7kVA；選擇變壓器容量：400kVA

5 結(jié)論

變電站站用變壓器的選擇需要對(duì)站用變壓器型式油式變壓器還是干式變壓器、連接組別D，yn和Y，yn兩種聯(lián)接組別進(jìn)行比較分析討論。

目前根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇：一般站用變壓器布置于戶內(nèi)則選用干式變壓器，戶外選用油浸式變壓器。10kV站用變壓器選擇D，yn接線型式，35kV站用變壓器連接組別選擇Y，yn接線型式。

站用變壓器容量計(jì)算，需要根據(jù)對(duì)各負(fù)荷運(yùn)行方式進(jìn)行分析比較。對(duì)連續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，不論是經(jīng)常運(yùn)行的，還是不經(jīng)常的負(fù)荷都應(yīng)予以計(jì)算。不經(jīng)常短時(shí)及不經(jīng)常斷續(xù)運(yùn)行的設(shè)備，由于其運(yùn)行時(shí)間較短，且又不是不經(jīng)常運(yùn)行的，考慮到變壓器的過(guò)負(fù)荷能力，此類負(fù)荷可不計(jì)算。因此，分析各負(fù)荷運(yùn)行方式及負(fù)荷計(jì)算是選擇站用變壓器容量的必須條件。

[1]西北電力設(shè)計(jì)院編.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè).第一冊(cè)：電氣一次部分.中國(guó)電力出版社，1996.

[2]220kV～500kV變電所所用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程.DL/T 5155-2002.中國(guó)電力出版社，2002.