CN104377016A - 动态过载有载宽幅调压配电变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态过载有载宽幅调压配电变压器，包括低压纸筒、高压纸筒和外壳；低压纸筒和高压纸筒之间设置有两部分低压线圈，两部分低压线圈之间设置有低压油道；低压线圈和高压纸筒之间设置有高低压间油道；高压纸筒和第一部分高压线圈相邻设置，第一和第二部分高压线圈之间设置有第一高压油道，第二和第三部分高压线圈之间设置有第二高压油道；变压器的油箱内设置有波纹散热片，波纹散热片内设置有上油道口和下油道口，油液在上油道口和下油道口之间流通。本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器，具有能解决现有技术的配电变压器经常运行在轻载或空载状态和低电压的问题、具有良好的散热效果、提高供电可靠性等优点。

Description

动态过载有载宽幅调压配电变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，尤其是一种动态过载有载宽幅调压配电变压器。

背景技术

变压器的损耗在电网中的损耗中占有非常可观的比重，尤其配电网量大面广。配电变压器被大量使用，其损耗电量备受关注。配电变压器的降损大小直接关系到电力企业和社会的经济效益。

配电变压器主要用于农村电网和城市配网。农村电网负荷具有季节性强、电峰谷差大的特点，而城市电网峰谷差异更加明显，且其峰谷轮换也更加频繁。但为了满足高峰负荷时的用电需要，选择变压器时都不得不按照最大负荷配置变压器。这样就导致了配电变压器经常运行在轻载或空载状态下，形成“大马拉小车”的现象。导致目前我国配电变压器损耗相当严重，造成了大量不必要的电能资源浪费。据最新资料统计显示，全国全年变压器总的电能损失3000多亿kWh，相当于三个中等用电量省的用电电量之和。而中压系统中配电变压器的损耗约占整个配电系统损耗的50％。随着能源的日益紧张和电力需求的快速增长，如何最大化节约配变的能耗，成为了重要和紧迫的任务。

另一方面我国农村经济的迅速发展，农村电网规模不断增长，虽然各供电公司都积极采取各项措施，但迅猛增长的用电量与当前电网供电及电网结构相差甚远，造成农村电网低电压问题极为严重。低电压投诉现象极为普遍，采取何种措施解决当前的低电压问题迫在眉睫。

因此，目前的配电网中“大马拉小车”和低电压问题急需解决。

目前低电压治理措施有:(1)安装自耦变压器升压；(2)调高台区配电变压器输出电压升压；(3)延伸10kV线路，新增配电变压器升压(4)采取安装低压线路补偿式调压器升压。

以上措施对比分析优缺点如下：

(1)自耦变压器升压；

通过自耦变压器直接升压，相同容量情况下装置耗材多，重量大，体积大，不但造价高，而且由于重量重，安装成本也大大增加；

(2)调高台区配电变压器输出电压升压；

通过调高台区配电变压器的输出电压，可以解决台区附近用户的低电压问题，但一方面目前的产品均为窄幅调压(即调压范围小，无载调压为：+5％—-5％；有载调压为+10％—-10％)，另一方面不能解决由于供电半径过长引起的低电压问题；

(3)延伸10kV线路，新增配电变压器升压；

采用延伸10kV线路，新增配电变压器的方法，当然可以解决电压低的问题，但造价会非常高。

(4)采取安装低压线路补偿式调压器升压；

对于400V线路较长，在10kV线路延伸不到的区域，采取安装低压长距离线路补偿式调压器是合理选择，但只是末端局部提高使用电压，并有可能拉低前端电压。

综合分析(2)和(4)措施的结合采用能较好地解决低电压问题，但应加大措施(2)中台区变压器的调压范围。即由窄幅调压改为宽幅调压。

目前解决“大马拉小车”的措施有：

(1)用双变压器供电，即使用子母变压器。此方法只能用于季节内变化的负荷，不适合频繁变化的负荷，且造价高维护费用大。

(2)前几年无载调容变压器在配电网获得了应用，但是由于其需要停电调节。在使用中其调容功能并没有获得充分的利用，节能效果并不明显。

(3)近年来，有载调容变压器在配电网获得了应用。其可以根据实际负荷大小通过有载自动调容开关自动调节到应有的容量下运行。其节能效果比普通无载调容变压器显著。它可以保证变压器在农闲季节运行在小容量，而且可以保证其他低负荷时也能自动运行在小容量。也可以适用于单班制工厂和季节性、间歇性负荷单位使用。部分解决了变压器“大马拉小车”的问题。

有载调容变压器具有大小两个容量，是通过有载调容开关自动调节运行的。参照国网公司企业标准Q/GDW731-2012中规定的调容前后变压器的参数值，则调容前后的容量比为0.3-0.32的关系。大小容量的空载损耗按同容量的国家标准值执行。为了保证有载调容变压器的安全可靠运行，必须设定安全的大小容量的调容点。根据文献《有载调容变压器运行中最佳容量调节点分析和计算》计算是小容量的60％左右。这就导致60％以上小容量负载在大容量变压器中运行。“大马拉小车”的问题仍然存在。

由于开关的结构原因，目前有载调容变压器的调压为窄幅调压，(即额定电压的+5％---5％)无法解决低电压问题。

从供电可靠性方面分析，在小容量状态下通过大电流会导致变压器烧毁，为保证供电的安全不得不将容量调节点电流降低，使节能效果减弱。

从经济层面分析，有载调容变压器的容量选用是按高负荷确定的，这就是要用户出大容量变压器的钱，部分时间用小变压器。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种动态过载有载宽幅调压配电变压器，以解决配电变压器经常运行在轻载或空载状态和低电压的问题。

本发明首先提供了一种动态过载有载宽幅调压配电变压器。

动态过载有载宽幅调压配电变压器，其结构特点是，包括低压纸筒、高压纸筒和外壳；所述低压纸筒和所述高压纸筒之间设置有低压线圈；所述低压线圈包括两部分线圈，所述低压线圈的两部分线圈的之间设置有低压油道；所述低压油道和所述高压纸筒之间设置有高低压间油道；所述高压纸筒和所述外壳之间设置有高压线圈，所述高压线圈分为第一部分高压线圈、第二部分高压线圈和第三部分高压线圈；所述高压纸筒和所述第一部分高压线圈相邻设置，所述第一部分高压线圈和第二部分高压线圈之间设置有第一高压油道，所述第二部分高压线圈和第三部分高压线圈之间设置有第二高压油道，所述第三部分高压线圈设置于所述第二高压油道和所述外壳之间；

变压器的油箱内设置有波纹散热片，所述波纹散热片内设置有上油道口和下油道口，油液在所述上油道口和下油道口之间流通。

本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器的结构特点也在于：

所述波纹散热片的外周面的下部设置有风扇。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器，具有以下几个技术优点：

(1)适当增加线圈导线的截面，减少变压器铜损，以达到减少线圈本身运行产生的损耗，有效地减少了变压器线圈的温升；

(2)增加线圈有效高度和散热面个数，提高了线圈的散热效果有效地降低了过负荷时的线圈温升；(见图1)

(3)将传统的油箱波纹片全口油道结构，改为上下油道口设计，形成了上热下冷的油道口，加大了变压器油的流速，提高了油箱的散热效果；(见图2)

(4)增加油箱的高度和散热面，提高了散热效果。较好地降低了变压器的油面温升。即降低了线圈运行的“环境”温度。

(5)对较大容量的本发明的配电变压器可用风冷式油箱，提高油箱的散热效果。(见图3)

本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器，通过改变变压器传统设计的方法，将维持变压器老化率接近于1，作为过负荷能力的主要依据，使变压器的动态过负荷能力大大提高，可满足城乡用电负荷阶段需求特性变化的要求，提高了供电的可靠性。同时改窄幅调压为宽幅调压，解决了电压质量低问题，降损节能，提高农网电压合格率。本发明是通过提高自身的动态过负荷能力来保证大电流运行的、可在动态下自动实施，比有载调容变压器通过调容开关来实现容量能力的转换要安全很多，大大提高了供电可靠性。

因为本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器是按铭牌容量损耗标准设计的，符合小容量的国家标准损耗要求。并且在动态过载量运行时空载损耗也符合小容量的国家标准损耗要求，从这方面来说：本发明优于有载调容变压器，全面解决了“大马拉小车”的问题，且节能效果显著，社会效益很好。

本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器，具有能解决现有技术的配电变压器经常运行在轻载或空载状态和低电压的问题、具有良好的散热效果、提高供电可靠性等优点。

附图说明

图1为本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器的半剖视图。

图2为本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器的波纹散热片内的油液流通示意图。

图3为本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器的波纹散热片内的外形图。

图4为现有技术的配电变压器的波纹散热片内的油液流通示意图。

图5为现有技术的配电变压器与本发明的配电变压器的超铭牌容量运行能力对比曲线。

图1-图5中标号为：1低压纸筒，2低压线圈，3高低压间油道，4高压纸筒，5第一部分高压线圈，6第二部分高压线圈，7第三部分高压线圈，8第一高压油道，9第二高压油道，10外壳，11波纹散热片，12上油道口，13下油道口，14风扇，15低压油道。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，本发明的动态过载有载宽幅调压配电变压器，包括低压纸筒1、高压纸筒4和外壳10；所述低压纸筒1和所述高压纸筒4之间设置有低压线圈2；所述低压线圈2包括两部分线圈，所述低压线圈2的两部分线圈的之间设置有低压油道15；所述低压油道15和所述高压纸筒4之间设置有高低压间油道3；所述高压纸筒4和所述外壳10之间设置有高压线圈，所述高压线圈分为第一部分高压线圈5、第二部分高压线圈6和第三部分高压线圈7；所述高压纸筒4和所述第一部分高压线圈5相邻设置，所述第一部分高压线圈5和第二部分高压线圈6之间设置有第一高压油道8，所述第二部分高压线圈6和第三部分高压线圈7之间设置有第二高压油道9，所述第三部分高压线圈7设置于所述第二高压油道9和所述外壳10之间；

变压器的油箱内设置有波纹散热片11，所述波纹散热片11内设置有上油道口12和下油道口13，油液在所述上油道口12和下油道口13之间流通。

如图1所示，由内而外依次为低压纸筒、低压线圈、低压油道、低压线圈、高低压间油道、高压纸筒、第一部分高压线圈、第一高压油道、第二部分高压线圈、第二高压油道、第三部分高压线圈和外壳。在低压线圈内设置有一个低压油道，在高压线圈内设置了两个高压油道，从而提高了变压器的散热性能。

所述波纹散热片11的外周面的下部设置有风扇14。

本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器，通过改变变压器传统设计的方法，将维持变压器老化率接近于1，作为过负荷能力的主要依据，使变压器的动态过负荷能力大大提高，可满足城乡用电负荷阶段需求特性变化的要求，提高了供电的可靠性。同时改窄幅调压为宽幅调压，解决了电压质量低问题降损节能提高农网电压合格率。本发明的配电变压器是通过提高自身的动态过负荷能力来保证大电流运行的、可在动态下自动实施，比有载调容变压器通过调容开关来实现容量能力的转换要安全很多，大大提高了供电可靠性。

因为本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器是按铭牌容量损耗标准设计的，符合小容量的国家标准损耗要求。并且在动态过载量运行时空载损耗也符合小容量的国家标准损耗要求，从这方面来说：本发明的配电变压器优于有载调容变压器，全面解决了“大马拉小车”的问题，且节能效果显著，社会效益很好。

变压器的额定容量，即铭牌容量是在规定的环境下，长期能按这种容量连续运行，并能获得经济合理地效率且具有正常的预期寿命(约20-30年)，实际上变压器的负荷变化很大，在短时间间隔内，有时超出额定容量运行，在另一部分时间间隔内又是欠负荷运行。因此变压器有关标准给出一个短时容许负荷，即变压器的过负荷能力。下表1为油浸变压器的过负荷能力标准。

表1：油浸变压器的过负荷能力标准

负载率β/％	超铭牌热量运行时间t/min
		120	480
130	120
		145	60
160	20
		175	14
200	6

变压器(包括有载调容变压器)都是遵循上表1的标准进行设计和制造的。因此变压器正常的过负荷能力较低。

我国的配电网现状是：由于各式的家电不断进入居民家中，加之农村外出务工人员不断增加，导致城乡用电负荷阶段性需求特性发生显著变化。这种变化主要体现在特殊时段(大型集会、春节等)和特殊时节(农忙时节)的用电负荷成倍增加，而其余时段用电负荷又较小。既能满足长期低负荷的要求，又要满足短期、短时段高负荷的供电可靠性，就是本发明的配电变压器的一个特点。也就是说，可短时过容量可靠运行是本专利的一大特点。

本发明的变压器的是按正常容许过负荷(过容量)来进行设计制造的，是以不牺牲变压器正常寿命为原则，主要是由变压器绕组最热点的温度来决定，与变压器其他部分的温度、环境空气温度以及负荷变化有关系。根据绝缘老化，如维持变压器绕组最热点的温度在98℃左右，即可获得正常预期寿命。

计算变压器的老化率ν的公式如下：

$\mathrm{\υ}=\frac{{\∫}_0^T{e}^{p{\mathrm{\θ}}_t}\mathrm{dt}}{{\mathrm{Te}}^{p\×98}}=\frac{1}{T}{\∫}_0^T{e}^{p({\mathrm{\θ}}_t-98)}\mathrm{dt};$

如果v＞1，则变压器的老化大于正常老化，预期寿命缩短。如果v＜1，则变压器的复负荷能力未得到充分利用。最理想的状态是v接近于1。因此，维持变压器老化率接近于1，是本发明设计过负荷能力的主要依据。

为维持变压器老化率接近于1，本发明具有以下几个技术特点：

(1)适当增加线圈导线的截面，减少变压器铜损，以达到减少线圈本身运行产生的损耗，有效地减少了变压器线圈的温升；

(2)增加线圈有效高度和散热面个数，提高了线圈的散热效果有效地降低了过负荷时的线圈温升(见图1)；

(3)将传统的油箱波纹片全口油道结构，改为上下油道口设计，形成了上热下冷的油道口，加大了变压器油的流速，提高了油箱的散热效果(见图2)；图2和图4中箭头为油液流动方向。图4为传统的油箱波纹片全口油道结构。

(4)增加油箱的高度和散热面，提高了散热效果。较好地降低了变压器的油面温升。即降低了线圈运行的“环境”温度；

(5)对较大容量的本发明的配电变压器可用风冷式油箱，在波纹散热片外部设置风扇，提高油箱的散热效果(见图3)。

经过以上创新的优化设计，本发明的配电变压器的过负荷能力较大，根据国标GB/T1094.7-2008《电力变压器第7部分：油浸式电力变压器负载导则》的规定和要求对本发明的配电变压器的长期急救性超铭牌容量运行能力进行了计算。计算结果见下表2：

表2：本发明的长期急救性超铭牌容量运行能力

表2的计算结果说明了本发明的配电变压器的动态过负荷能力很强，过变压器铭牌容量180％时可长期正常运行；可过负荷200％。基本可满足城乡用电负荷阶段需求特性变化的要求。(本发明的配电变压器的长期急救性超铭牌容量运行能力与传统变压器对比曲线，见图5。)

本发明第二个特点是：改窄幅调压为宽幅调压。国标GB/T6451-2008《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》规定调压范围是±4x2.5％(即+10％-10％)。根据农网的实际情况，本发明调压范围定为：(+2—-6)x3.33％(即+6.66--20％)。

在远离35千伏电源、超出10千伏供电半径的配变台区使用宽幅有载调压变压器有一定的优越性：

1、解决了电压质量低问题，降损节能，提高农网电压合格率、供电可靠性。

2、宽幅变压器与窄幅变压器两者造价相当，仅在分接开关选型上采用多档开关成本增加不到千元。但对农村长距离供电台区的调压效果非常明显。

3、无载调压因需要停电会对电网会产生一定的负面影响，采用有载调压，确保不间断供电以提高供电可靠性。

本发明第三个特点是：产品智能化。具体实施时，本发明主要由SZ11宽幅调压型变压器、有载调压开关、有载调压控制器及附件组成。变压器可以通过串口/USB接口与笔记本电脑连接或依靠Zigbee微功耗无线收发模块与手持PDA终端连接，实现就地数据下载、数据查看和参数整定，还可通过外置GPRS模块利用GPRS网络实时传输台区配变的运行数据，并经防火墙到达企业内部的管理服务器，监控中心可直接对现场变压器进行数据查看和远程监控子站可通过Web方式进行数据查询和浏览。

从性能价格比层面来分析，本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器200KVA产品和315KVA有载调容变压器产品的运行容量和空载损耗相当，但单台材料成本相比为0.65：1。说明生产本发明的配电变压器经济效益好，有着良好的发展前景。

使用本发明可对配电台区进行低压侧智能无功补偿，其中功率因数动态自动补偿控制仪带有通讯接口，它给在线监控系统提供了通讯条件。采用无线通讯技术，实现配电台区设备状态参数监测、无功补偿本地/远程控制投切、漏电保护监测管理、谐波监测、三相不平衡监测、用电信息采集于一体，全面解决全环节的农村“低电压”问题。

本发明的动态过载有载宽幅调配电变压器是智能化产品，监控中心可直接对现场变压器进行数据查看和远程监控，子站可通过Web方式进行数据查询和浏览，可对配电台区进行低压侧智能无功补偿，社会效益很好，是智能化电网值得应用和推广的新产品。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.动态过载有载宽幅调压配电变压器，其特征是，包括低压纸筒(1)、高压纸筒(4)和外壳(10)；所述低压纸筒(1)和所述高压纸筒(4)之间设置有低压线圈(2)；所述低压线圈(2)包括两部分线圈，所述低压线圈(2)的两部分线圈的之间设置有低压油道(15)；所述低压油道(15)和所述高压纸筒(4)之间设置有高低压间油道(3)；所述高压纸筒(4)和所述外壳(10)之间设置有高压线圈，所述高压线圈分为第一部分高压线圈(5)、第二部分高压线圈(6)和第三部分高压线圈(7)；

所述高压筒(4)和所述第一部分高压线圈(5)相邻设置，所述第一部分高压线圈(5)和第二部分高压线圈(6)之间设置有第一高压油道(8)，所述第二部分高压线圈(6)和第三部分高压线圈(7)之间设置有第二高压油道(9)，所述第三部分高压线圈(7)设置于所述第二高压油道(9)和所述外壳(10)之间。

变压器的油箱内设置有波纹散热片(11)，所述波纹散热片(11)内设置有上油道口(12)和下油道口(13)，油液在所述上油道口(12)和下油道口(13)之间流通。

2.根据权利要求1所述的动态过载有载宽幅调压配电变压器，其特征是，所述波纹片(11)的外周面的下部设置有风扇14。