摘要：介绍了组合变压器中的变压器、高压系统、低压系统设计以及设计时应注意的几个技术问题。
关键词：组合变压器；高压系统；低压系统


组合变压器是将变压器、高压室、低压室组成“品字型”结构，其中变压器位于后部，称为“后仓”，高低压室位于前部，称为“前仓”。由于变压器、高压室、低压室组成一体，故称为组合变压器。因其具有结构紧凑、体积小、安装迅速、操作方便、全绝缘、全密封，并且能够深入负荷中心等诸多优点而被广泛应用于居民小区、工业园区、商业中心及高层建筑等各种场所。组合变压器的设计包括变压器部分、高压系统、低压系统的设计。

1 变压器的设计

变压器的设计与普通油浸式变压器的设计原理基本一样。铁芯材料可采用高导磁的硅钢片，也可采用非晶合金；铁芯结构可采用叠片式，也可采用卷铁芯结构。绕组材料可采用铜导线，也可采用箔式。在变压器设计时值得注意的是组合变压器的连接组别，根据我国电力网的实际情况（10 kV级中性点绝缘），宜采用Dyn，因为高压侧为D接线，零序电流及三次谐波可在D接线内流通，不会引起输出电压的畸变及由于三相负载不平衡引起的中性点漂移。而不宜采用Yyn接线，因为Yyn在三相负载不平衡时容易引起中性点漂移，影响输出电压的质量。

2 高压系统设计

2.1 高压系统进出线方式的设计

高压系统的接线方式有环网型、终端型、终端双回路型。环网型即“一进二出”，一个电源进线，一个从变压器的低压侧出线，另一个引至另一台变压器或其他电器，为另一台变压器或其他电器提供电源。终端型即“一进一出” 一个电源进线，一个从变压器的低压侧出线。终端双回路型即“一进一出一备” 一个电源进线，一个从变压器的低压侧出线，另一个为备用电源，当主进电源发生故障时，由备用电源供电。

2.2 高压系统负荷开关的选择

组合变压器的负荷开关有四位置开关和二位置开关。四位置开关有“T”型、“V”型和“I”型。“T”型和“V”型开关均可用于环网型组合变压器，“T”型和“V”型开关有600 A和200 A两种，负荷开关电流值的选择是根据系统通过的电流值即环网总回路的电流值来确定的，而不是由变压器的容量来确定。负荷开关的短路电流根据组合变压器安装位置的短路容量来确定。200 A负荷开关配备200 A系统套管和肘型电缆插头，肘型电缆插头及电缆头的大小根据用户所埋设的电缆直径来确定，如：120 mm2电缆配备电缆头型号为“A09”，200 A系统所配备的电缆直径为35～150 mm2之间。铜电缆配用铜压接头，铝电缆配用铜铝压接头。600 A负荷开关配备600 A系统套管和“T”型接头，600 A系统所配备的电缆直径为180～350 mm2之间。“I”型负荷开关用于终端双回路型组合变压器。“T”型、“V”型和“I”型开关的连接方式及位置图见图1。


图1　开关的连接方式
2.3 高压系统熔丝的设计

组合变压器的保护是由插入式熔丝（BAY-O-NET）和后备熔丝（ELSP）串联起来实现的。插入式熔丝在过载、次级故障及油温过高时熔断。由于该类事故发生率大，所以将其设计成插入式，可在外部更换。后备熔丝在大电流即变压器短路时熔断，由于该类事故发生率很少，所以将其固定在变压器的油箱内。插入式熔丝和后备熔丝的选取根据他们各自的安秒特性，选取时要注意不同容量组合变压器之间的插入式熔丝和后备熔丝的相互配合。插入式熔丝和后备熔丝的安秒特性曲线见图2。例如：容量为500 kVA的组合变压器，10 kV高压侧额定电流为28.87 A，考虑到变压器油的温升对熔丝长期工作电流的影响，以及变压器合闸时涌流对熔丝的影响，选取插入式熔丝为65 A，后备熔丝为100 A。根据安秒特性曲线可得变压器合闸时涌流（一般为额定电流的12倍）不会使插入式熔丝熔断，100 A 后备熔丝最少熔断电流为610 A，后备熔丝不会先于插入式熔丝熔断。


图2　熔丝的安秒特性
2.4 高压系统负荷开关的隔离设计

为了减少操作负荷开关时电弧对变压器油产生的分解作用，可把负荷开关设计安装在一个独立的小室中，并在这个小室中注入高燃点油（难燃油），而在变压器油箱中注入普通的25#油，这样既解决了操作负荷开关对变压器油产生的老化问题，又解决了在整个变压器油箱中使用难燃油引起的散热问题（因为难燃油的粘度高）。负荷开关的隔离设计是把负荷开关安装在变压器油箱的左侧，在负荷开关与变压器油箱之间用特制的套管加密封条隔离。在负荷开关小室中也装有油位表、压力表、注油塞、温度计等，可对其进行压气试漏，确保两者之间不渗漏，难燃油与普通变压器油的特性见表1。

3 低压系统设计

低压系统配置的设计一般都根据用户的具体要求，不同用户有不同要求。如：主进开关型号及电流值，出线开关的路数、电流值、型号等。本文就常用变压器低压配置选取作以下介绍。

3.1 主进开关的选取

主进开关一般都选用智能型{wn}式断路器，可以实现过载、欠电压、短路、接地等多种故障保护。断路器额定电流值是根据变压器低压侧的额定电流来选取的，{zh0}选取接近变压器低压侧的额定电流，这样可以提高断路器的保护性能。智能型{wn}式断路器的电流整定值可在0.6～1倍额定电流之间调节。如：500 kVA变压器0.4 kV低压侧的额定电流为721.7 A，断路器额定电流值可选800 A，实际电流整定值可根据负载情况设定。智能型{wn}式断路器有多种保护性能可供用户选择, 可以选二段保护，也可选三段保护。智能型{wn}式断路器有多种型号，国产的有CW1、AH系列、HSW1系列等，进口的有M系列、F系列等。

3.2 分路开关的选取

分路开关一般选塑壳断路器，分路开关电流值及路数的选取根据用户配置要求，一般分路出线为4～6路，电流为200～400 A。分路开关根据负载的不同可分为配电保护型、电动机保护型，和家用及类似分析保护型。选用时要加以注意。


表1　难燃油与普通变压器油的特性
3.3 主进开关与分路开关的选择性保护

在辐射式配电系统中，选择性保护是指有故障的负载或馈电回路从电网断开，而非故障回路继续保持供电。在图3中，当A点短路时，只有靠近A点QF3断路器动作，而上方断路器QF不动作，保证非故障回路QF1、QF2继续供电。这种选择性保护要求QF断路器具有过载长延时、短路短延时、短路瞬时三段保护特性。非选择性保护是指当A点短路时，QF3、QF同时动作，使QF1、QF2全部停电。

3.4 低压系统无功补偿的设计

由于感性电器设备的增加，造成功率因数降低，降低了变压器的效率，因此有必要对组合变压器进行无功补偿，提高功率因数，提高变压器的效率。组合变压器无功补偿的方式是集中就地补偿。补偿的容量是变压器容量的10%～30%左右，对于小于15 kvar的补偿采用一次性全容量投切，对于大于15 kvar的补偿采用全自动分段投切。全自动分段投切无功补偿根据触点投切的方式分为有触点和无触点，有触点是指无功补偿通过接触器来控制电容的投切，电容的投切是根据功率因数的大小来确定，接触器的吸合频率较高。无触点是指无功补偿通过大功率模块即可控硅来控制电容的投切，电容的投切是根据无功功率的大小来确定，投切合理，而且可控硅可实行电压过零触发，投入无浪涌电流，分断时不产生高电压，无触点无火花，无振动无谐波干扰。两种投切各有优点，根据实际情况选择。有触点投切价格便宜，安装方便，性能较差；无触点投切性能好，价格较贵。


图3　配电系统接线示意图
4 结束语

综上所述，组合变压器设计时应优先考虑Dyn接线。根据高压系统供电方式选取高压进出线方式（环网型、终端型或终端双回路型）。负荷开关电流值的选取要根据环网系统电流，而不是根据变压器的额定电流。插入式熔丝和后备熔丝的选取要根据各自安秒特性，选取时要注意两熔丝之间的配合。设计低压系统时要注意主进开关与分路开关的配合，当选择全选择性保护时，主进开关要具有过载长延时、短路短延时、短路瞬时三段保护特性。通过正确的设计、合理的配置，组合变压器能够很好地满足广大用户的要求。