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《2016电气装置应用（设计）指南常用图表》
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我们继续来说说中压/低压变压器的选择和使用
6.3 中压 / 低压变压器的选择
变压器应符合IEC 60076 标准。变压器的特性取决于其电气参数，还与其采用的技术和使用条件有关。
6.3.1 变压器的特性参数
■ 额定功率：设计参数和变压器结构设计所对应的视在功率（kVA）。制造方面的试验和保证值也是参照这个容量。
■ 频率：本指南所讨论的配电系统，其频率为 50 Hz 或 60 Hz。
■ 一次侧额定电压：变压器所接入电网的供电电压
■ 二次侧额定电压：一次侧电压达到额定电压时，变压器二次侧的空载电压
■ 变比：一次侧额定电压的有效值除以二次侧额定电压的有效值
■ 额定绝缘水平：根据工频耐压试验和雷击冲击耐受试验中的电压值来确定。
在本书所涉及的电压范围内，由于开关操作所引起的过电压一般是远远小于雷击冲击过电压。因此，不需要额外再做操作过电压的试验。
■ 无载调压开关：在一次侧做调整，变比可调整为±2.5%和±5%。
操作该调压开关之前，变压器必须停电。
■ 绕组的联结组别：以接线形式表示，其标准为星形、三角形和Z 形绕组，用字母表示。该编码从左到右第一个字代表高压绕组，第二个字代表低压绕组。
□ 大写字母代表电压高压的绕组：
- D = 三角形；
- Y = 星形；
- Z = 曲折形（z 形）；
- N = 中性点引线至端子。
□ 小写字母用于低压绕组：
- d = 三角形；
- y = 星形；
- z = 曲折形（z 形）；
- n = 中性点引线至端子。
□ 0 ~ 11 的数字表示一次侧电压和二次侧电压之间的相位差。
□ 配电变压器很常用的绕组联结组别是 Dyn11：
- 一次侧绕组为三角形接线
- 二次侧绕组为星形接线
- 低压侧将中性点引出
- 经过变压器的相位移为 +30°
6.3.2 变压器的工艺和使用条件目前有两种配电变压器的基本类型：
■ 干式（树脂浇注）；
■ 油浸式（充液体）。
根据IEC 60076 标准，户内和户外变压器的使用条件如下：
■ 海拔高度：≤ 1000 m；
■ 最高环境温度： 40 ℃；
■ 最热月的月平均环境温度： 30 ℃；
■ 年平均环境温度： 20 ℃。
其他使用条件：
■ 对于油浸式变压器，IEC 60076-2 标准规定了油和绕组的温升。
■ 对于干式变压器，IEC 60076-11 标准规定了温升等级。
变压器周围的温度与户外环境条件、冷却方式和效率（安装在室内时）、以及负荷率有关。IEC 60076-7 和 IEC 60076-12 两个导则能帮助检验是否按照预期寿命正确选择变压器。高压/低压预制变电站标准IEC 62271-202的附录中给出了几个基于这两个导则的安装实例。
6.3.3 干式变压器（见图B39）
干式变压器应符合IEC 60076-11 标准： 这些变压器的各个绕组都用树脂在真空过程下浇注。高压绕组、低压绕组和框架由空气分隔开。
绕组浇注材料的三种成分：
■ 以联苯 A 为基础的环氧树脂，其粘度和渗透性可确保绕组完全浸渍。
■ 混合了柔韧添加剂的固化剂，使树脂绝缘体增加了必要的弹性，防止运行中周期性的温度变化导致龟裂。
■ 活性粉末填料，含有氢氧化铝和石英粉，可增强树脂绝缘体的机械强度，改进散热性能，并达到阻燃效果。
■ 这三种成分组成的浇注系统具有155°C（F）的绝缘温度（额定电流下绕组的平均温升限值为△θ=100K）及良好的阻燃和快速自熄特性。绕组的浇注材料不包含卤素（氯、溴等）、腐蚀性或有毒化合物，因而在紧急情况下，特别是发生火灾事故时可确保人身的高度安全。
这种变压器为不可燃的类型。在火灾危险下，变压器具有低可燃性并且在给定时间内可以自动熄灭。
尤其适合用于恶劣的工业环境，且符合以下两种环境条件：
■ E3 等级：高达95%的湿度和/或高污染
■ C3 等级：使用、运输和储存的最低温度为-50℃。
6.3.4 油浸式变压器
变压器最常用的绝缘和冷却液体介质是矿物油。 IEC 60296 给出了有关于矿物油的规定。
矿物油应不含PCB（聚氯联苯），可以采用其他的绝缘液体代替矿物油，例如高密度碳氢化合物、酯、碳化硅、液体卤素。
油是可燃的，因此在许多国家强制要求采取专门的防火措施，尤其是户内型变电站。根据其防火性能，可将绝缘液体分为几类。防火性能由以下两个指标进行评估（见图B40）：
■ 闪点温度
■ 最小发热量
液浸式变压器有两类：全密封式变压器和自由呼吸式变压器。
■ 全密封式变压器最大容量可达10MVA（见图B41）这类变压器利用附装在油箱上具有弹性的散热片的伸缩特性对液体的膨胀进行补偿。DGPT设备可确保对内部故障的防护：检测气体、压力和油温。“全密封”技术有许多优点：
□ 油箱不会进水
□ 完全杜绝液体电介质的氧化；
□ 不需要空气干燥设备，因此无需相关的维护（检查和更换已饱和的干燥剂）；
□ 至少 10 年内不需要做液体的电介质强度试验；
■ 自由呼吸式变压器（见图B42） 这类变压器的主油箱顶部装有液位变化的储油柜。绝缘液体的膨胀可由储油柜的液位上升进行补偿。
额定容量大于 10 MVA（即“全密封”式变压器容量的上限值）的变压器，需要安装储油柜。
储油柜内的油表面接触空气，必须保持干燥以免氧化，因此周围的空气需要通过包含硅胶晶体的干燥器件方能允许进入油枕。自由呼吸式变压器的内部故障防护通过装在连接主油箱和储油柜的管路上的瓦斯开关来实现。瓦斯开关能检测气体释放和内部的压力异常。
油温通常使用附加的温控器进行检测。
6.3.5 工艺技术的选择如上所述，变压器可选择油浸式和干式。
额定容量为10 MVA 及以下时可考虑选择全密封式变压器，或带储油柜的变压器。
确定变压器的选型时要考虑下列因素：
■ 地方规则和建议。某些国家规定医院、商铺等场所必须采用干式变压器。
■ 火灾风险
■ 经济和技术上的分析，各技术优势的比较。
6.3.6 最佳容量的确定
变压器选用过大的容量将导致：
■ 过多的投资
■ 不必要的空载损耗
■ 但负载损耗较小
变压器选用过小的容量将导致：
■ 满载时效率降低（最高效率出现在50% ～ 70%的负载率时）
■ 长期过负荷，其严重的后果是：变压器绕组的绝缘过早老化，最极端的情况会导致绝缘故障和变压器损坏；
最佳容量的定义
为了选择变压器的最佳容量（kVA），必须考虑下列因素：
■ 如第 A 章所述，列出用电设备，确定出每个负荷的需要系数和同时系数
■ 确定装置的负荷循环周期，记下负荷和过负荷的持续时间
■ 考虑装置将来扩建的所有可能性
■ 合理时设置功率因数补偿装置：
□ 减少基于最大需用容量的罚款费用：
□ 减少申报的视在功率：P（kVA）=P（kW）/cosφ
■ 在变压器的标准额定容量值中选择变压器
为避免变压器过热和由此引起的过早老化，确保变压器的冷却设施和温升很重要。
注：
■ 错误地选择绕组温升或绝缘等级会导致使用寿命的缩短。
■ 错误评估与负荷波动相关的使用条件也会导致使用寿命的缩短。例如：光伏行业，仅白天会有负荷，且在俄罗斯冬季和夏季之间的最大环境温差为70°C。
6.4 中压变电站的通风
变电站的通风设备是为了疏散变压器引起的热量，且在潮湿期过后能够迅速干燥。 然而，多种研究表明：过量的通风会大幅增加凝露的出现。下面的章节着重介绍了确保中压变电站通风的一些好的建议和实例。变压器自然通风的详细设计可以参考《中压技术指南§通风》。
6.4.1 特殊使用条件下的高压/低压户外预制变电站
■ 变压器与高压、低压开关柜设置在同一房间或同一外壳内时，会影响产品的使用寿命。
■ 变压器发热产生的空气流动减少了辐射的影响。按照IEC 62271- 202 标准要求该空气流是自然对流的。
■ 在高、低压开关柜和变压器之间设置隔墙板分隔，能够改善了开关柜的使用条件，避免使它们暴露在恶劣的环境中，例如沿海地区的风电场。
■ 对于户外装置，开关柜应优先安装在带有保温层的外壳内，使其不受户外使用条件的影响（ 灰尘、湿度、太阳辐射等等），尤其是高热和极冷的天气以及恶劣的环境。
6.4.2 高压/低压变电站的通风建议
总则
通风应当保持在所需的最小水平。
也不能够产生突然的气温变化，这可能导致达到露点。因此：
应尽可能的采用自然通风。当断电一段时间时，宜设置加热设施以保证最小的空气流通。如果需要强制通风，则风机应当持续运行以避免温度的波动。
当强制通风不足以确保开关柜的户内使用条件或装置周围是危险区域时，有必要采用空调机组将户内和户外的环境条件完全分隔开。
中压装置中，自然通风是最常用的方法（见图B43 和图B44）。
施耐德电气在《中压技术指南》中对高压/低压变电站的空气进口和出口的设计进行了介绍。
通风口的位置
通过自然对流有利于变压器产生的热量的疏散，通风口的位置应当位于靠近变压器侧的墙的顶部和底部。中压配电柜的散热是可以忽略的。为了避免凝露问题，变电站的通风口应当尽可能的远离配电柜（见图表 B45）。
通风口形式
为减少进入配电室的灰尘、气雾和污染物，当变压器和配电盘安装在同一个房间内时，通风孔应采用V型格栅。其他情况下，允许使用高效通风隔栅，尤其是当总损耗大于15kW时。
柜体内温度变化
如果平均相对湿度长期较高，应在中压柜内设置防冷凝加热器用以减少温度波动。该加热器必须每天24小时工作，全年连续运行。禁止使用温度控制或者调节装置控制加热器，这有可能导致温度波动或冷凝、减少加热器的使用寿命。确保加热器具有足够的使用年限。
配电室内的温度变化
可采用下列方法减少配电室内的温度变化：
■ 提高配电室的热绝缘等级，减少室外温度变化对于室内温度的影响；
■ 避免在配电室内部使用电热设备，如果要求使用则必须配合精度较高的调节装置或者温控装置，避免过多的温度波动（如精度误差不大于1摄氏度）；如果找不到足够精确的温控系统，建议让加热器每天24小时工作，全年连续运行。
■ 做好封堵，消除冷空气进入室内的途径，如柜底的电缆沟、配电室内的开孔（门缝处、屋顶接缝处等）。
配电室环境及湿度
影响室内湿度的几个外部因素：
■ 植物：配电室周边避免过多的植物，阻挡通风口
■ 配电室防水：配电室屋顶禁止漏水，屋顶维护及施工困难时，不采用平顶结构
■ 潮湿电缆沟的影响：
任何情况下电缆沟应保持干燥；一种方式是在电缆沟底部铺砂子
污染物防护及清理
过量污染物堆积会导致绝缘子漏电、爬电和闪络。为防止中压设备因为污染而导致的性能劣化，应采取防护措施，或定期清除堆积的污染物。
防护
户内中压开关柜可以通过提高外壳防护等级（IP）的方式来防护。
清理
如果不能采取完全的防护，必须对中压设备上的污染物进行定期的清理，以防止其性能劣化。
设备清理过程非常关键，清洁产品使用不当可能会对设备造成不可挽回的损伤。
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文章来源：施家邦
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