1831年,法拉第發現了電磁感應現象,由此揭開了電力變壓器研究的歷史篇章。世界上第1臺申請了專利,并用拉丁語命名的變壓器,于1884年9月在匈牙利的崗茨工廠誕生。
1975年,聯邦德國生產的電壓為1150kV、容量為1800MVA的單相大型變壓器,是世界上最大的單相電力變壓器。
電力變壓器是借助電磁感應的作用,將不同電壓等級的交流電壓及電流相互轉換,廣泛使用與電力系統中輸電、變配電和用電方面的電氣設備。它是一種靜止的電器,由一個或幾個繞組套于鐵芯上,繞組間通過磁鏈耦合,在不同的電回路中傳遞電能,實現傳輸和分配電能的目的。
現代電力變壓器的發展方向
為提高變壓器的可靠性、經濟性,亦即解決大型變壓器的運輸困難問題,近年來,主要是加強了對變壓器原材料和結構的研究。如基于降低鐵磁損耗、降低渦流損耗、提高溫升限值延緩絕緣老化而做出的一系列改進。此外,正在推廣使用大型變壓器的器身無氣式干燥,的工藝方法,使用硬紙筒繞制線圈,提高變壓器抗突發短路能力等措施
電氣系統中應用最多的就是電力變壓器,由于電力變壓器的種類很多,其型號的標識以及參數也有所不同,因此常常將這些型號與參數標識在變壓器的銘牌上,以便于在安裝和檢修時進行查看。圖1所示為典型電力變壓器的銘牌標識。
在變壓器的銘牌上,標識有該變壓器的型號以及技術參數等內容,下面分別介紹一下變壓器的型號含義和技術參數。
變壓器的型號含義
變壓器的種類有很多,為了便于區別各種不同類型的變壓器,通常使用字母或數字對變壓器的型號命名進行標識。變壓器的型號通常是由字母和數字組成的,用來表示變壓器的相數、冷卻方式、調壓方式、繞組線芯材料、繞組連接方式等內容,如圖2所示。
產品名稱:變壓器的產品名稱通常用字母來表示,表示產品的線圈耦合方式、相數、冷卻方式、線圈數、線圈導線材質、調壓方式以及特殊用途等內容,見表1所列。
設計序號:也稱技術序號,用數字表示,表示同類產品中的不同品種,以區分產品的外形尺寸和性能指標等,有時會被省略。
額定容量:變壓器的額定容量用“kVA”來表示,可以讀作“千伏安”。變壓器使用kVA作單位,原因是在負載沒有確定的情況下,是不能得到有功功率(符號P,單位kW)和無功功率(符號Q,單位kvar)的大小的,只能使用kVA為單位表示功率,例如1kVA的變壓器的輸出功率約為1kW。
高壓側額定電壓:變壓器的高壓側額定電壓即為初級繞組輸入端輸入的額定電壓值,一般用字母“kV”表示,例如10kV表示變壓器初級繞組可輸入10kV的電壓。
電力變壓器的分類
①按用途分類,如升壓變壓器、降壓變壓器、聯絡變壓器等;
②按相數分類,可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器;
③按繞組數及結構形式分類,如雙繞組、三繞組、多繞組變壓器及自耦、分裂變壓器等;
④按調壓方式不同分類,如有載調壓、無勵磁調壓和無分接變壓器等;
⑤按絕緣介質不同分類,可分為油浸和干式變壓器;⑥按冷卻方式不同分類,如油浸自冷、油浸風冷、強迫油循環風冷等;
⑦按鐵芯與繞組組合結構不同可分為芯式和殼式變壓器。
變壓器的主要技術參數
變壓器的主要技術參數一般都標注在變壓器的銘牌上,一般包括額定容量、額定電壓、額定電流、冷卻方式、額定頻率、絕緣電阻、繞組聯結組、相數、阻抗電壓等,如圖3所示。
此外,變壓器的技術參數還有空載損耗、負載損耗、溫升方式、空載電流、吊重、油重、總重、運輸重、油箱耐受真空能力等,如圖4所示。
電力變壓器的參數選擇與配置
變壓器接線組別選擇
新建35kV變電站,主變宜選用星角接線形式,當額定容量為20MVA時,可采用額定電流為350A的有載調壓開關。新裝設10/0.4kV配電變壓器選用星角接線組別,以適應低壓側三相負荷不平衡和限制三次諧波的需要。
變壓器有載調壓分接開關配置
主變有載調壓分接開關,必須選用可靠性高、維修量少的優質產品。原則上,只在500kV和35、110kV兩級降壓變電站的主變上配置有載調壓分接開關,有載調壓裝置覆蓋率應達100%。新建500kV主變,根據實際需要,有載分接開關操作的次數很少,因此,也可不配置有載調壓分接開關,改為配置無勵磁分接頭切換開關。用戶專用220kV主變,根據需要可裝設有載調壓分接開關。
主變負荷率
主變負荷率,是主變可靠運行的重要數據,也是電網中主變增容更改工程立項的主要依據之一。其中,“最高負荷率”和“平均最高負荷率”兩個統計數據,分別從供電可靠性和控制容載比等不同角度考慮。
最高負荷率,主要用于調度、運行管理,讓調度和運行人員掌握主變的實際正常運行時的最高負荷,能及時采取有效措施來均衡各臺主變的負荷,防止造成主變的長期重載或過負荷運行,以提高供電可靠性。
平均最高負荷,為全年負荷最高的25個工作日的日最高負荷平均值。在數值上等于(主變壓器所帶平均最高負荷的視在功率/主變壓器的額定容量)×100%。
容載比
容載比,是宏觀控制城市電網變電總容量的指標,是城網中某一電壓等級主變變電總容量與之相對應的負荷的比值。也是反映城網供電能力的重要技術經濟指標之一。當容載比取值增加時,在相同負荷水平下,變壓器總容量將增加,使電網建設投資增加,也會使電網運行成本增加,從而使電費增加,或使電網企業經濟效益降低,因此,容載比不宜取值過大,如容載比過大,將造成電網建設早期投資增大。同理,載比取值減小,可能使電網的適應性變差,使調度不夠靈活,甚至發生卡脖子現象。容載比過小,電網適應性差,影響供電。由此,應加強和改善網絡結構,建立既滿足可靠性要求,又降低容載比,以提高投資的經濟效益??刹捎米冸娬驹黾又髯兣_數、次級電網增加轉移負荷的能力,提高功率因數,提高自動化程度、提高各區域電網負荷預測及變電容量配置的準確性等措施。
隨著各級電網的不斷發展,電力變壓器對電網運營效率和收益的影響作用必將進一步凸顯,對其性能、選用、配置的要求也將更高。目前,新興的變壓器制造工藝正在不斷被完善和超越,隨著越來越多的先進變壓器的相繼問世及電網智能化發展步伐的加快,以主變壓器為代表的各類型電網設備的智能水平將邁上一個新的臺階,從而有力保障和促進國民經濟發展