发电厂和变电所主变压器的优化选择

在发电厂和变电所中，用来向系统或用户输送功率的变压器，称为主变压器；用于两种电压等级之间交换功率的变压器，称为联络变压器；只供本厂（所）用电的变压器，称为厂（所）用变压器或称自用变压器。

一、确定变压器容量、台数的原则

主变压器的容量、台数直接影响主接线的形式和配电装置的结构。它的确定除依据传递容量等原始资料外，还应根据电力系统5～10年发展规划、馈线回路数、电压等级以及接入系统的紧密程度等因素，进行综合分析和合理选择。

如果变压器容量选得过大、台数过多，不仅增加投资，增大占地面积，而且也增加了运行电能损耗，设备未能充分发挥效益；若容量选得过小，将可能“封锁”发电机剩余功率的输出，或者不能满足变电所负荷的实际需要。这在技术上和经济上都是不合理的，因为每千瓦发电设备投资远大于每千瓦变电设备的投资。

发电厂或变电所主变压器的台数与电压等级、接线形式、传输容量以及和系统的联系有密切关系。通常与系统具有强联系的大、中型发电厂和枢纽变电所，在一种电压等级下，主变压器应不少于两台；而对弱联系的中、小型电厂和低压侧电压为6～10kV的变电所或与系统联系只是备用性质时，可只装一台主变压器。

变压器是一种静止电器，运行实践证明它的工作是比较可靠的。一般寿命为20年，事故率较小。通常设计时，不必考虑另设专用备用变压器。但大容量单相变压器组是否需要设置备用相，应根据电力系统要求，经过经济技术比较后确定。

（一）选择发电厂主变压器应遵循的基本原则

1.单元接线的主变压器容量的确定原则

单元接线时变压器容量应按发电机的额定容量扣除本机组的厂用负荷后，留有10%的裕度来确定。采用扩大单元接线时，应尽可能采用分裂绕组变压器，其容量亦应按单元接线的计算原则算出的两台机容量之和来确定。

2.具有发电机电压母线的主变压器容量的确定原则

连接在发电机电压母线与系统之间的主变压器的容量，应考虑以下因素：

（1）当发电机全部投入运行时，在扣除厂用负荷、且发电机直供负荷为最小时，主变压器应能将发电机全部剩余容量送入系统。

（2）当接在发电机电压母线上的最大一台机组检修或故障，主变压器应能从电力系统倒送功率，保证机压母线最大负荷之需。此时，应计及发电机电压母线上负荷可能的增加，以及变压器允许的短时过负荷能力。

（3）若发电机电压母线上接有两台或以上的主变压器时，当其中容量最大的一台因故退出运行时，其他主变压器在计及正常过负荷能力后，应能输送母线剩余功率的70%以上。

（4）在丰水期，应充分利用水能。有时，可能停用火电厂的部分或全部机组，以节省燃料。此时火电厂主变压器，应具有从系统倒送功率，以满足发电机直供负荷的能力。

3.连接两种升高电压母线的联络变压器容量的确定原则

（1）联络变压器容量，应能满足在各种不同运行方式下，两种电压网络间功率交换的需要。

（2）联络变压器容量，一般不应小于接在两种电压母线上最大一台机组的容量，以保证最大一台机组故障或检修时，可通过联络变压器来满足本侧负荷的要求；同时，也可在线路检修或故障时，通过联络变压器将剩余容量送入另一电压系统。

（3）联络变压器通常只选一台。在允许中性点直接接地时，以选自耦变压器为宜。其低压第三绕组可兼作厂用备用电源，或引接无功补偿装置。

（二）选择变电所主变压器应遵循的基本原则

变电所主变压器容量，一般应按5～10年规划、负荷性质、电网结构等综合考虑确定其容量。对重要变电所，应考虑当一台主变压器停运时，其余变压器容量在计及过负荷能力允许时间内，应满足Ⅰ类及Ⅱ类负荷的供电；对一般性变电所，当一台主变压器停运时，其余变压器容量应能满足全部负荷的70%以上。

二、主变压器型式选择原则

选择主变压器型式时，应考虑以下问题。

1.变压器相数的确定

（1）在330kV及以下电力系统中，一般都应选用三相变压器。如采用单相变压器组，则投资大、占地多、运行损耗也较大，同时也使配电装置结构复杂。

（2）特大型变压器受制造条件和运输条件的限制，可能会选用单相变压器组。从制造厂到发电厂的运输途中，变压器尺寸和重量不能超过隧洞、桥涵的允许限额以及车船、码头等的允许承载能力。若受到限制时，宜选用3台单相变压器或2台小容量的三相变压器，取代1台大容量三相变压器。

2.变压器绕组数的确定(www.xing528.com)

国内电力系统中采用的变压器按其绕组数分类，有双绕组普通式、三绕组式、自耦式以及低压绕组分裂式等变压器。

（1）如果发电厂采用两种升高电压级升压，当最大机组容量为125MW及以下时，多采用三绕组变压器，因为1台三绕组变压器的价格及所使用的控制电器和辅助设备，与相应的2台双绕组变压器相比都较少。但三绕组变压器的每个绕组的通过容量应达到该变压器额定容量的15%及以上，否则绕组容量未能充分利用，反而不如选用2台双绕组变压器合理。

（2）200MW及以上的大机组，发电机回路及厂用分支回路均采用分相封闭母线，一般采用双绕组变压器单元接线另加联络变压器的方案。联络变压器则多选用三绕组变压器，低压第三绕组可作厂用电源或厂用备用/启动电源，亦可连接无功补偿装置。

（3）当2台较小机组采用扩大单元接线时，应优先选用低压分裂绕组变压器，这样，可以大大限制短路电流。

（4）在110kV及以上中性点直接接地系统中，凡需选用三绕组变压器的场所，均可优先选用自耦变压器，它损耗小、体积小、效率高，但其限制短路电流的效果较差，变比不宜过大。

3.分裂绕组变压器

分裂绕组变压器是由一个高压绕组和两个（或多个）同等电压、同等容量的低压绕组组成的变压器，这些低压绕组称作分裂绕组。一般以两个分裂绕组为多。

分裂变压器通常有三种运行方式。当一个分裂绕组对另一个分裂绕组运行时，称为分裂运行，此时的阻抗最大，能有效地限制短路电流。

4.变压器绕组接线组别的确定

变压器三相绕组的接线组别必须和系统电压相位一致，否则，不能并列运行。电力系统常用的绕组连接方式只有星形（Y）和三角形（△）两种。变压器三相绕组的连接方式应根据具体工程来确定。我国110kV及以上电压，变压器三相绕组都采用YN连接，中性点直接接地；35kV采用Y连接，其中性点多通过消弧线圈接地；10kV系统中性点不接地，绕组多采用△连接。

在发电厂中，一般考虑系统或机组的同步并列要求，以及限制三次谐波对发电机的影响等因素，根据上述绕组连接方式的原则，主变压器接线组别一般都选用YN，d11（以前表示为Y0/△-11）常规接线，因为△接线可以阻截住有害的3次谐波。

近年来，国内外亦有采用全星形接线组别的变压器，其零序阻抗较大，有利于限制短路电流。同时，也便于在中性点处连接消弧线圈。但是，由于全星形变压器3次谐波无通路，将引起正弦波电压畸变，并对通信设备发生干扰，同时，对继电保护整定的准确度和灵敏度均有影响。

5.变压器调压方式的确定

为了保证发电厂或变电所的供电质量，电压必须维持在允许范围内。通过变压器的分接头切换开关，可改变变压器高（或中）压侧绕组匝数，从而改变其变比，实现电压调整。分接头切换开关有两种切换方式：

（1）不带电切换，称为无激磁调压，调压范围较小，通常在±2×2.5%以内。

（2）另一种是带负荷切换，称为有载调压，调压范围可达30%。

有载调压变压器结构较复杂，价格较贵，在输电系统中至少应选用一级或两级有载调压变压器；而在发电厂中，只在以下情况下才予以选用：①出力变化大的发电厂的主变压器，特别是潮流方向不固定，又要求变压器副边电压维持在一定水平时；②功率方向可逆的联络变压器，为保证供电质量，要求母线电压恒定时；③有时发电机无功出力大，发电机常在低功率因数下运行时。

6.变压器冷却方式的选择

电力变压器的冷却方式，随其型式和容量不同而异，一般有以下几种类型。

（1）自然风冷却。一般适于7500kVA以下较小容量变压器。为使热量散发到空气中，装有片状或管形辐射式冷却器，以增大油箱冷却面积。

（2）强迫空气冷却。简称为风冷式。容量大于10000kVA的变压器，常采用人工风冷。在辐射器管间加装数台电动风扇，用风吹冷却器，使油迅速冷却，加速热量散出。风扇的启停可以自动控制，亦可人工操作。

（3）强迫油循环水冷却。大容量变压器采用潜油泵强迫油循环，同时用冷水对油管道进行冷却，带走变压器中热量。采用这种冷却方式散热效率高，节省材料，减小变压器本体尺寸。但要一套水冷却系统，且对冷却器的密封性能要求较高。即使只有极微量的水渗入油中，也会严重影响油的绝缘性能，故油压应高于水压，以免水渗入油中。

（4）强迫油循环风冷却。类似于强迫油循环水冷，采用潜油泵强迫油循环，同时用风扇对油管进行冷却。

（5）强迫油循环导向冷却。它是利用潜油泵将冷油压入线圈之间、线饼之间和铁芯的油道中，使铁芯和绕组中的热量直接由具有一定流速的油带走，而变压器上层热油用潜油泵抽出，经过水冷却器或风冷却器冷却后，再由潜油泵注入变压器油箱底部，构成变压器的油循环。近年来大型变压器都采用这种冷却方式。

（6）水内冷变压器。变压器绕组用空心导体制成。在运行中，将纯水注入空心绕组中，借助水的不断循环，将变压器中热量带走。但水系统比较复杂，且变压器价格较高。

（7）变压器的新冷却方式。充气式变压器，采用SF6气体取代变压器油；或在油浸变压器中装设蒸发冷却装置（类似空调），利用冷却介质在热交换器中蒸发时的巨大吸热能力，使变压器油温降低。这种新冷却方式，国内外尚处于研制阶段，尚未得到工程应用。