沈陽變壓器回收專題組合變壓器的設計
摘要：介紹了組合變壓器中的變壓器、高壓系統、低壓系統設計以及設計時應注意的幾個技術問題。
關鍵詞：組合變壓器；高壓系統；低壓系統
組合變壓器是將變壓器、高壓室、低壓室組成“品字型”結構，其中變壓器位于后部，稱為“后倉”，高低壓室位于前部，稱為“前倉”。由于變壓器、高壓室、低壓室組成一體，故稱為組合變壓器。因其具有結構緊湊、體積小、安裝迅速、操作方便、全絕緣、全密封，并且能夠深入負荷中心等諸多優點而被廣泛應用于居民小區、工業園區、商業中心及高層建筑等各種場所。組合變壓器的設計包括變壓器部分、高壓系統、低壓系統的設計。
1 變壓器的設計
變壓器的設計與普通油浸式變壓器的設計原理基本一樣。鐵芯材料可采用高導磁的硅鋼片，也可采用非晶合金；鐵芯結構可采用疊片式，也可采用卷鐵芯結構。繞組材料可采用銅導線，也可采用箔式。在變壓器設計時值得注意的是組合變壓器的連接組別，根據我國電力網的實際情況（10 kV級中性點絕緣），宜采用Dyn，因為高壓側為D接線，零序電流及三次諧波可在D接線內流通，不會引起輸出電壓的畸變及由于三相負載不平衡引起的中性點漂移。而不宜采用Yyn接線，因為Yyn在三相負載不平衡時容易引起中性點漂移，影響輸出電壓的質量。
2 高壓系統設計
2.1 高壓系統進出線方式的設計
高壓系統的接線方式有環網型、終端型、終端雙回路型。環網型即“一進二出”，一個電源進線，一個從變壓器的低壓側出線，另一個引至另一臺變壓器或其他電器，為另一臺變壓器或其他電器提供電源。終端型即“一進一出” 一個電源進線，一個從變壓器的低壓側出線。終端雙回路型即“一進一出一備” 一個電源進線，一個從變壓器的低壓側出線，另一個為備用電源，當主進電源發生故障時，由備用電源供電。
2.2 高壓系統負荷開關的選擇
組合變壓器的負荷開關有四位置開關和二位置開關。四位置開關有“T”型、“V”型和“I”型。“T”型和“V”型開關均可用于環網型組合變壓器，“T”型和“V”型開關有600 A和200 A兩種，負荷開關電流值的選擇是根據系統通過的電流值即環網總回路的電流值來確定的，而不是由變壓器的容量來確定。負荷開關的短路電流根據組合變壓器安裝位置的短路容量來確定。200 A負荷開關配備200 A系統套管和肘型電纜插頭，肘型電纜插頭及電纜頭的大小根據用戶所埋設的電纜直徑來確定，如：120 mm2電纜配備電纜頭型號為“A09”，200 A系統所配備的電纜直徑為35～150 mm2之間。銅電纜配用銅壓接頭，鋁電纜配用銅鋁壓接頭。600 A負荷開關配備600 A系統套管和“T”型接頭，600 A系統所配備的電纜直徑為180～350 mm2之間。“I”型負荷開關用于終端雙回路型組合變壓器。“T”型、“V”型和“I”型開關的連接方式及位置圖見圖1。
圖1 開關的連接方式
2.3 高壓系統熔絲的設計
組合變壓器的保護是由插入式熔絲（BAY-O-NET）和后備熔絲（ELSP）串聯起來實現的。插入式熔絲在過載、次級故障及油溫過高時熔斷。由于該類事故發生率大，所以將其設計成插入式，可在外部更換。后備熔絲在大電流即變壓器短路時熔斷，由于該類事故發生率很少，所以將其固定在變壓器的油箱內。插入式熔絲和后備熔絲的選取根據他們各自的安秒特性，選取時要注意不同容量組合變壓器之間的插入式熔絲和后備熔絲的相互配合。插入式熔絲和后備熔絲的安秒特性曲線見圖2。例如：容量為500 kVA的組合變壓器，10 kV高壓側額定電流為28.87 A，考慮到變壓器油的溫升對熔絲長期工作電流的影響，以及變壓器合閘時涌流對熔絲的影響，選取插入式熔絲為65 A，后備熔絲為100 A。根據安秒特性曲線可得變壓器合閘時涌流（一般為額定電流的12倍）不會使插入式熔絲熔斷，100 A 后備熔絲最少熔斷電流為610 A，后備熔絲不會先于插入式熔絲熔斷。
圖2 熔絲的安秒特性
2.4 高壓系統負荷開關的隔離設計
為了減少操作負荷開關時電弧對變壓器油產生的分解作用，可把負荷開關設計安裝在一個獨立的小室中，并在這個小室中注入高燃點油（難燃油），而在變壓器油箱中注入普通的25#油，這樣既解決了操作負荷開關對變壓器油產生的老化問題，又解決了在整個變壓器油箱中使用難燃油引起的散熱問題（因為難燃油的粘度高）。負荷開關的隔離設計是把負荷開關安裝在變壓器油箱的左側，在負荷開關與變壓器油箱之間用特制的套管加密封條隔離。在負荷開關小室中也裝有油位表、壓力表、注油塞、溫度計等，可對其進行壓氣試漏，確保兩者之間不滲漏，難燃油與普通變壓器油的特性見表1。
3 低壓系統設計
低壓系統配置的設計一般都根據用戶的具體要求，不同用戶有不同要求。如：主進開關型號及電流值，出線開關的路數、電流值、型號等。本文就常用變壓器低壓配置選取作以下介紹。
3.1 主進開關的選取
主進開關一般都選用智能型萬能式斷路器，可以實現過載、欠電壓、短路、接地等多種故障保護。斷路器額定電流值是根據變壓器低壓側的額定電流來選取的，最好選取接近變壓器低壓側的額定電流，這樣可以提高斷路器的保護性能。智能型萬能式斷路器的電流整定值可在0.6～1倍額定電流之間調節。如：500 kVA變壓器0.4 kV低壓側的額定電流為721.7 A，斷路器額定電流值可選800 A，實際電流整定值可根據負載情況設定。智能型萬能式斷路器有多種保護性能可供用戶選擇, 可以選二段保護，也可選三段保護。智能型萬能式斷路器有多種型號，國產的有CW1、AH系列、HSW1系列等，進口的有M系列、F系列等。