配电变压器技术与应用

配电变压器技术与应用

李文刚1朱俊德2

（特变电工股份有限公司）

摘要：配电变压器与人民生活息息相关，不同的配电变压器结构种类应用场所有所不同，合理设计和选择配电变压器非常重要。本文介绍不同结构类型配电变压器技术及应用，为配电变压器设计制造和应用单位提供参考。

关键词：非晶合金、卷铁心、叠铁心、干式变压器、能效

随着我国经济建设的迅速发展，人民生活水平的不断提高，对节能降耗、环境保护、还一片蓝天期望日趋强烈。工业和信息化部、质检总局组织实施的《中国配电变压器能效提升计划（2015-2017》，2017年底完成S9（1997年投运）及以下型号高耗能配电变压器的淘汰工作，约有18万台产品短时间内将被淘汰，2017年高效配电变压器产品累计实现6亿千伏安。2020年高效配电变压器产品预计达到21亿千伏安。

因此，了解配电变压器技术发展与应用已非常必要，本文将从配电变压器的不同结构等方面，介绍配电变压器结构特点、设计注意事项及市场应用，供配电变压器制造和应用单位参考。

一、配电变压器概念及其常用容量

配电变压器通常是指运行电压等级为10kV--35kV，容量为6300kVA及以下直接向终端用户供电的电力变压器。

常用容量有50(100、200、315、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3150、4000、5000、6300)kVA，目前国网10kV常用容量为50(100、200、315、400、630)kVA。

二、配电变压器结构种类

配电变压器常用结构：按铁心结构分叠铁心、卷铁心、非晶合金铁心三种结构；按冷却方式分，油浸式和干式，干式又分敞开式干式和环氧浇注干式;按安装方式分为：直接安装，箱式安装。箱式安装是将变压器与高、低压配电柜集成，组成箱式变压器（小型变电站）。

三、配电变压器结构种类的优缺点

1.叠铁心变压器

我国传统的配电变压器为叠铁心结构、叠铁心结构产品生产工艺简单，维护方便，但由于叠铁心工艺对硅钢片厚度有一定要求，因此叠铁心产品空载损耗值降低有一定困难，节能油浸式产品实现了13型，干式变压器实现11型。国内生产企业已尝试应用性能水平80的硅钢片，研制15型叠铁心变压器，随着80硅钢片市场化，为叠铁心能效水平的提高及市场应用提供了可能。

2.卷铁心变压器

国内卷铁心配电变压器是近几年研发应用的新型结构产品，其最大的优点是实现三相铁心磁路最短，并完成对称，有效降低了铁心空载损耗和空载电流，但卷铁心产品生产工艺复杂，铁心及线圈绕制均需要特制的专用设备，维护难度大。虽然，目前又研制出了开口卷铁心（即：平面卷铁心），但开口卷铁心增加了铁心接缝，降低了空载损耗和空载电流性能，失去了卷铁心结构原本的优势，不过比叠铁心还是有一定节能优势。开口卷铁心制造难度较卷铁心有所增加，优点是变压器线圈可与铁心同时制造，使制造企业提高了工效，缩短了生产周期，并且提高了可维护性（与叠铁心相同，可将线圈从铁心中吊出进行维护）。因此，目前卷铁心变压器市场常用有两种结构。

3.非晶合金变压器

非晶合金铁心变压器是一种全新的铁心材料——非晶合金制造铁芯的变压器，是目前节能效果较理想的配电变压器，性能指标达到15型水平。三相非晶合金变压器的铁芯由4（8）个框合并成类似三相五柱式结构，铁芯与绕组均为长方形截面，各有其独立的机械支撑和固定结构。非晶合金的磁畴伸缩程度比硅钢片高约10％，而且不宜过度夹紧，因此，非晶合金变压器的噪声比硅钢片铁芯变压器高。另外非晶合金材料脆性大，易碎，因此制造时易非常小心，不能让铁心受较大外力冲击，致使铁心片碎裂，碎片容易导致变压器内部绝缘破损、电气击穿和短路故障。

四、不同结构配电变压器设计制造注意事项

1.叠铁心变压器

叠铁心结构变压器线圈结构中，圆柱型是传统结构，已被市场应用多年，产品结构稳定，标准化程度高。我国统一设计推出的9型系列产品，在90年代受到市场充分认可，也是目前运行变压器中最多节能性产品。但随着国家推动配电变压器的更新换代，节能降耗，配电变压器能效等级标准的发布。市场相继研制出了，椭园柱型、长圆柱型变压器，这种线圈变形的变压器，一定程度上降低了变压器制造材料消耗，同时应用优质硅钢片及其它原材料，实现了节能要求。

对于变压器产品来说，最容易损坏的事故是突发短路，圆形变压器线圈圆周耐受力均匀，承受能力最强；而椭园柱型、长圆柱型线圈，由于线圈径向周边方向受力不均匀，所以很容易因耐受力不足，而使导线发生位移，损坏绝缘，导致变压器短路烧毁，因些，椭圆型、长圆型变压器线圈设计时，要保证高低压线圈轴向安匝分布平衡，尤其是高压调压段沿轴向均匀布置，减少线圈短路轴向力。另外，在绕制工艺允许的情况下，尽可能提高导线的屈服强度，一般应该在80Mpa-160Mpa，不同导线规格，选用合适的工艺许用强度。低压线圈受力后，径向变形是向内收缩，故设计时应尽可能减少低压线圈到铁心套装距离，保证低压线圈套装后有效撑紧，阻止线圈变形。高压线圈外部要用粘带绑扎紧实，防止线圈径向向外扩张。一般采用高低压合绕方式，保证高低压线圈组装紧实，提高抗变形能力。图1为长圆形线圈器身俯视图。

图1叠铁心变压器长圆形线圈器身俯视图

图2立体卷铁心变压器内部俯视图

2.卷铁心变压器

卷铁心配电变压器优缺点前文已简述。卷铁心配电变压器除制造和维护复杂外，其结构形式是较合理一种产品。但由于卷铁心变压器制造，是将铁心先制造完成，然后，把低压线圈和高压线圈依次直接绕制到铁心柱上，因此，设计上除了保证高低压线圈轴向安匝分布平衡外，低压线圈与铁心柱间的撑紧是保证抗短路能力的关键，线圈绕制完成后，要将低压线圈与铁心柱间隙用撑条撑紧，防止低压受力后向内收缩变形。另外，由于铁心呈现三角形形式，因此，三个线圈三角区的轴向压紧也是设计制造重点控制的位置，设计的中间压块要紧贴铁心直径，保证压紧低压线圈。图2为立体卷铁心变压器内部俯视图。

3.非晶合金变压器

非晶合金铁心变压器铁心材料特殊，结构复杂，制造工艺要求更加严格。由于铁心由4（8）个方框组合为三相五柱式结构，铁芯与绕组都呈长方形截面。前文已陈述非晶合金铁心片易碎，铁心不宜过度夹紧，不能受较大外力冲击，防止导致损坏和产生碎片。因此，产品结构设计时，除保证高低压线圈轴向安匝分布平衡外，需要注意：铁心必须有可靠的固定、防护框架，不能受线圈短路时产生力的作用，生产运行中产品的碎片必须封闭在铁心里，不能掉落到线圈中；由于铁心不能受低压线圈向内的收缩作用力，低压线圈内表面要有可靠的支撑，防止低压线圈向内的变形力，高压线圈外表面要设计绑扎带，防止高压线圈在短路时向外变形。为防止非晶合金铁心装配完成后，接缝处产生碎片，可用玻璃胶粘结接缝，此法也有一定的降噪作用。图3为非晶合金器身俯视图。

图3非晶合金器身俯视图

五、配电变压器不同结构种类能效水平及市场应用。

目前，国网市场主要应用的配电变压器中，卷铁心、叠铁心性能水平均达到13型，非晶合金达到了15型水平；但值得注意的是：在同等级情况下，干变性能参数较油浸变要大，即空、负载损耗值要大，节能效果低，但干式变压器由于其特殊的应用环境优势，依然有较大的应用市场。

1.油浸式非金合金变压器

由于非晶合金变压器噪声比卷铁及叠铁要高，因此，非晶合金产品不适合安装用于居民区。非晶合金变压器与卷铁心和叠铁心变压器比，空载损耗下降75％左右，空载电流下降约80％，特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方，是目前农村节能效果较理想的配电变压器。

2.油浸式卷铁铁、叠铁心配电变压器

这两种结构基本适用于年负荷变波动不大的场所，更能发挥产品的节能优势，一般用于城市配电。目前安装场所要求高的城市，多以箱式变电站形式安装，不仅美化了城市，而且维护使用更方便。对于环境要求不高的场所，因这种变压器本身就是户外安装式，可直接进行安装使用，如台成套产品安装等。

3.干式配电变压器

干式变压器因无油、无污染、具有难然阻燃、自熄防火的能力，因此多用于对环境要求较高的场所，如：机场、宾馆、商场、写字楼等人群密集的场所。

干式变压器有自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)两种方式。自然空冷时，正常使用条件下，变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时，正常使用条件下，变压器输出容量可提高50％，适用于断续过负荷运行或应急事故过负荷运行。但自然空冷和强迫风冷的变压器，均需保证变压器安装室内具有良好的通风能力。当变压器安装在地下室或通风能力较差环境时，须增设散热通风装置。

根据使用环境特征及防护要求，干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳，可防止直径大于12.5mm的固体异物进入，为带电部分提供安全屏障。可防止小动物(鼠、蛇、猫、雀等)进入，造成短路停电等恶性故障。若须将变压器安装在户外，则可选用IP23防护外壳，除上述IP20防护功能外，更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降，为防容量下降，需要在外壳上安装通风装置，保证变压器冷却效果不降低。

结束语：配电变压器作为国计民生的重要设备，能效提升，安全可靠运行，环境保护等都对配电变压器更新换代提出更高的标准要求。随着科学技术的不断进步，电工硅钢片、绝缘材料以及变压器结构技术的不断研究和进步，为配电变压器高能效，高可靠性提供了可能。配电变压器的发展需要全社会的共同努力，提高配电变压器质量验收标准，淘汰关闭作坊制造企业，全面提升配电变压器技术水平，保障配电变压器节能、可靠运行，是配电变压器行业各方的光荣使命。

参考文献：

1.三部委关于印发《中国配电变压器能效提升计（2015-2017）》

2.GB4208外壳防护等级(IP代码)

3.GB20052三相配电变压器能效限定值及能效等级