調容配電變壓器的技術特性
1 引言
我國農網用電具有季節性強，用電集中的特點，農村用電主要集中在夏、秋兩季，主要是電灌、農業生產用電、農副產品加工等，大約佔全年用電量的80%，其餘季節主要是照明用電。在農忙用電集中季節，變壓器過載執行現象嚴重，有時甚至出現200%過負載執行現象；而另一方面在用電淡季，負載率又低於30%，出現了「大馬拉小車」的現象。針對這種情況，研製開發了調容配電變壓器。
調容配電變壓器是一種具有大小兩個容量，並可根據負荷大小，利用特製的調容開關來變換繞組的聯結方式，進行無勵磁調整執行容量的配電變壓器。
2 調容配電變壓器的基本原理
y-d變換調容配電變壓器在大容量時，三相高壓繞組接成角形（d），小容量時三相高壓繞組接成星形（y）。每相低壓繞組由三部分組成：一是27%匝數的線段（ⅰ段），另外的73%匝數的線段由2（或其倍數）根導線並繞而成兩組（ⅱ，ⅲ段），每組導線的截面約為ⅰ段導線截面的一半。
大容量時ⅱ、ⅲ段併聯後再與ⅰ段串聯，小容量時ⅰ、ⅱ、ⅲ三段全部串聯。若由大容量調為小容量，低壓繞組匝數增加，同時高壓繞組處於y接法而每相電壓降低，且其匝數增加與電壓降低的倍數相當，可保證電壓比不變。這樣，大容量調為小容量時，高壓側d→y聯結，低壓側並→串聯，聯結組別則dyn11 →yyn0，示意如圖1。
圖1 調容配電變壓器聯結示意圖
高壓繞組d-y聯結的轉換、各分接的調整以及低壓繞組並、串聯的轉換均由調容開關完成。開關上面標有「1、2、3、4、5、6」六個檔位數字，分別表示調容變壓器的「大容量時+5%分接、額定分接、-5%分接、小容量時+5%分接、額定分接、-5%分接」六種執行狀態。
在開關體上，有高壓和低壓兩段，開關與繞組的接線如圖2所示。
圖2 調容開關與繞組的接線示意圖
3 調容配電變壓器的技術標準
調容配電變壓器的技術標準將參照中國機械部行業標準
jb/t10778-2007 《三項油浸式調容配電變壓器》
3.1 調容配電變壓器的空載損耗
對於電力變壓器，當額定頻率為50hz時，有
1) 式中 ez ─ 每匝電勢，v/匝
ac ─ 鐵心有效截面，cm2
bc ─ 鐵心磁通密度，t
對已定的鐵心，ac是定值，在變壓器由大容量調為小容量時，由於低壓匝數的增加，使其ez 減小，由式（1）知bc隨之降低。
工程上，變壓器(鐵心柱與鐵軛截面相同時)空載損耗的計算式為：
p0＝kp0·pc·gfe2)
式中 p0 ─ 空載損耗，w
kp0 ─ 空載損耗工藝係數
pc ─ 矽鋼片單位損耗，w/kg
gfe ─ 鐵心的總重量，kg
對於kp0及gfe，在大小容量時是不變的，而
pc ∝ bc23）
所以，pc大幅度降低，式（2）知，空載損耗p0降低。
類似地，可以分析出空載電流也降低的原因。
3.2 調容配電變壓器的負載損耗
對於調容配電變壓器這樣的小型變壓器，其負載損耗主要是繞組導線的電阻損耗，其附加損耗一般只佔基本電阻損耗的10%左右，為分析方便，這裡僅考慮電阻損耗。
產品繞組導線的截面是按大容量執行狀態選取的，在調為小容量後，由於相電流大為降低，使導線的電流密度變小。對已定三相銅線繞組，有
pr=7.2·j2·gcu4)
式中 pr ─ 繞組電阻損耗，w
j ─ 導線的電流密度，a/mm2
gcu ─ 導線的重量，kg
gcu是不變的，由式（4）可知，電阻損耗大幅度降低，而使負載損耗降低下來。
3.3 大小容量的組合
從表1還可以看出，在大小容量時的短路阻抗基本上是接近於標準值的，從這個角度出發，在選擇大小容量組合時，小容量應選為大容量的三分之一左右，這也正適應了小容量用在負載率低的狀況下。這是調容配電變壓器的一大特點。
3.4 技術經濟分析
變壓器執行一年的電費按下式計算：
（5）式中 cy——變壓器執行中一年耗電費用，元
po——空載損耗，kw
pk——負載損耗，kw
sn——額定容量，kva
uk%——短路阻抗百分數，%
io%——空載電流百分數，%
8600、2200——變壓器全年空載、等效滿載小時數，h
0.5——電價，元 /kw·h
根據式（5）及表1的效能指標分別對新型s9與s9-t調容型產品的年執行成本進行了計算（其中調容變壓器每年按三個月使用大容量，九個月使用小容量），計算結果列於表2。
表2 新型s9與s9-t調容型產品的年執行成本比較表
從表2可以看出， s9-t調容型與新型s9產品相比，年執行成本降低了46.6%。按照年使用量200萬kva考慮，則每年節約的費用至少為3100萬元。
相應其節約的電能相當於一台30 萬kw火電機組200多個小時的發電量，為國家節約大量的發電燃料，避免了核廢料，同時也因而避免了發電過程中，向大氣中排放co2、so2、氮氧化合物等有害氣體，減少了對大氣的汙染，保護了環境。因而調容變壓器具有較好的經濟效益和社會效益。
4 調容變壓器適應農網的要求
4.1 我國農村電網的負荷性質
隨著農村電氣化水平的不斷提高，農村用電量還將大幅度增加。但是，由於歷史的原因，農村電網存在著裝置落後，供電損耗大，經濟效益差的狀況，而農網配電變壓器的損耗佔配電網損失的60%～80%(約2／3)；可見根據負荷性質選用合適容量、節能性較好的配電變壓器，是實現降損節能的重要前提條件。
農網的負荷性質，總的來說，就是線長、面廣、負荷率低。目前的農村用電，主要包括農業生產用電、農副產品加工、鄉村工業及居民生活服務用電。
農業生產用電的特點：農業生產中大多有打場、抗旱、排澇等情況，所以季節性比較明顯。
生活用電也是與農業生產的季節相適應的，隨著農村經濟的發展，家用電器逐漸增多，居民生活用電逐漸趨於平穩。
鄉村工業用電的型別比較多，但也有一些具有季節性的，如磚廠等。
據瀋陽變壓器研究所的一項資料介紹，我國農村電網配變普遍存在負荷率較低的情況，全國農網配變平均負荷率不到30%，在負荷低谷時接近空載，並且負荷隨季節波動較大，「電力損失」的現象比較嚴重。
4.2 調容變壓器對於農網的適用性
為解決農網用電損耗大的問題，有人選用了「母子變壓器」的執行方式，用小容量「子變壓器」去輕載執行，所謂的「小馬拉小車」，以達到降損節電的目的，這當然是合理的。但是，這樣費用較高，操作也不方便。如果選用調容變壓器就可以較為經濟、方便地解決這個問題。
(1) 安裝一台調容變壓器比安裝具有同容量的「母子變壓器」造價低，並且在安裝時，可以減少配電盤一套，計量箱乙個，跌落式熔斷器一組及橫擔、避雷器等器材，具有較好的經濟性。
(2) 調容變壓器的節能性較好，並且在小容量執行時的總損耗比相同容量的標準配電變壓器的總損耗低得多。
(3) 調容變壓器操作比較方便，只需要調整一下調容開關即可。在開關上面標有六個數字，分別表示變壓器的六種執行狀態，其中「1」、「2」、「3」為大容量執行狀態，「4」、「5」、「6」為小容量執行狀態，可以根據負荷情況和電網電壓的需要進行調整。
5 調容變壓器前景
調容配電變壓器節能效果顯著，技術經濟性較好，對於農村等用電負荷季節性變化明顯的情況有較好地適用性。選用調容配電變壓器，要注意根據負荷情況，合理選擇大小容量組合；執行時，依據用電負荷變化情況適時地變換變壓器的容量，降低鐵心損耗，提高變壓器負載率和功率因數，達到節能、節支的目的。
2023年，《國家電力公司農網「十五」科技發展規劃》中將調容變壓器列為重點推廣專案之一，同時將35kv調容變壓器列為重點研究內容之一。可以預見，隨著調容變壓器技術的不斷發展和人們對其認識的不斷深入，調容變壓器必將有良好的發展前景。
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