本文中作者介紹了有載調(diào)容變壓器的基本原理，通過分析有載調(diào)容變壓器的漏磁場，提出了一種新型的計(jì)算有載調(diào)容變壓器附加損耗的方法。

　　一、引言

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國輸配電損耗約占全國發(fā)電量的6.6%，其中配電變壓器損耗占到40%~50%，電能損耗十分嚴(yán)重。“十三五”期間，國家電力部門出臺(tái)相關(guān)政策，大力推行節(jié)能減排，節(jié)能型變壓器的推廣應(yīng)用將是降低電網(wǎng)損耗的重要舉措。有載調(diào)容變壓器是一種新型的節(jié)能型配電變壓器，它具有大、小兩個(gè)額定容量，可根據(jù)負(fù)荷變化自動(dòng)變換變壓器的聯(lián)結(jié)方式，從而調(diào)整變壓器的額定容量。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較高時(shí)，變壓器調(diào)整為大容量工作狀態(tài)，避免過載運(yùn)行現(xiàn)象的發(fā)生，提高安全運(yùn)行指數(shù)；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較低時(shí)，變壓器調(diào)整為小容量工作狀態(tài)，降低空載損耗和空載電流，節(jié)能效果顯著，同時(shí)也可大幅降低變壓器噪聲。目前，有載調(diào)容變壓器主要應(yīng)用于季節(jié)性負(fù)荷或周期負(fù)荷變化較大的農(nóng)村和城市商業(yè)區(qū)、工業(yè)開發(fā)區(qū)及居民小區(qū)等場所。附加損耗是變壓器負(fù)載損耗的組成部分，主要包括導(dǎo)線的渦流損耗和環(huán)流損耗。配電變壓器繞組的附加損耗一般按照以下公式進(jìn)行計(jì)算

　　在設(shè)計(jì)和制造有載調(diào)容變壓器的過程中發(fā)現(xiàn)，根據(jù)試驗(yàn)數(shù)值得到的繞組附加損耗系數(shù)，在應(yīng)用于相同額定容量的有載調(diào)容變壓器時(shí)，因其結(jié)構(gòu)的差異造成負(fù)載損耗的計(jì)算值與最終試驗(yàn)結(jié)果存在較大誤差。本文中筆者通過分析有載調(diào)容變壓器的漏磁場，對有載調(diào)容變壓器繞組附加損耗的計(jì)算方法進(jìn)行了研究和改進(jìn)。

　　二、有載調(diào)容變壓器的漏磁場分析

　　變壓器繞組的漏磁場通常要考慮三個(gè)分量：縱向漏磁的縱向分量、縱向漏磁的橫向分量和橫向漏磁的橫向分量。一般而言，當(dāng)變壓器額定容量較小且繞組同心排列時(shí)，縱向漏磁的橫向分量和橫向漏磁的橫向分量均比較小，可不予考慮。因此，本文中筆者在分析變壓器繞組漏磁場時(shí)忽略橫向漏磁和縱向漏磁的橫向分量，只考慮縱向漏磁的縱向分量。同時(shí)，假設(shè)并聯(lián)導(dǎo)線的截面積相同，并且忽略導(dǎo)線匝絕緣的影響。

　　1、普通雙繞組結(jié)構(gòu)變壓器的漏磁場

　　通常，普通雙繞組結(jié)構(gòu)的變壓器繞組內(nèi)的縱向漏磁通密度按照梯形規(guī)律分布。如圖1所示，漏磁通密度在低壓繞組和高壓繞組內(nèi)呈三角形分布，在主漏磁空道呈矩形分布。

　　2、有載調(diào)容變壓器的調(diào)容原理

　　有載調(diào)容變壓器具有大、小兩個(gè)額定容量，在電力系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)根據(jù)負(fù)荷大小，通過智能控制器操縱調(diào)容開關(guān)改變繞組的聯(lián)結(jié)方式來調(diào)整運(yùn)行容量。大容量時(shí)，高壓三相繞組D接；小容量時(shí)，高壓三相繞組Y接。

　　有載調(diào)容變壓器的低壓繞組如圖2所示，紅線表示層間絕緣，段與a2x2段為軸向并列繞制的雙層圓筒式結(jié)構(gòu)，且匝數(shù)相同；x2x段為單層圓筒式結(jié)構(gòu)。大容量時(shí)，a1x1段先與a2x2段并聯(lián)，然后再與x2x段串聯(lián)；小容量時(shí)，a1x1段、a2x2段與x2x段依次串聯(lián)。圖3為有載調(diào)容變壓器大、小容量時(shí)低壓繞組的接線原理圖，大容量時(shí)如圖3a所示，小容量時(shí)如圖3b所示。

　　已知，有載調(diào)容變壓器大、小額定容量之比為100.5，即根號(hào)10:1，通過分析大、小容量時(shí)的相電流和

　　需要注意的是，變壓器的額定容量為標(biāo)準(zhǔn)容量，且匝數(shù)為整數(shù)。因此，在電磁方案設(shè)計(jì)時(shí)需以實(shí)際值為準(zhǔn)，上述比值為理論值，僅用于有載調(diào)容變壓器漏磁場的分析。

　　3、有載調(diào)容變壓器的漏磁場

　　有載調(diào)容變壓器為普通雙繞組結(jié)構(gòu)的配電變壓器。由公式（2）可知，主漏磁空道處的最大漏磁通密度（Bm）與安匝（IN）成正比。根據(jù)公式（5）和公式（8）可得有載調(diào)容變壓器大、小容量時(shí)主漏磁空道處的最大漏磁通密度之比為：

　　因此，有載調(diào)容變壓器低壓繞組的漏磁場并非是三角形分布，在計(jì)算有載調(diào)容變壓器的附加損耗和短路阻抗時(shí)不能按照普通雙繞組結(jié)構(gòu)的漏磁分布來分析，需要將低壓繞組分為前兩層（三角形分布）和第三層（梯形分布）兩部分，分別進(jìn)行計(jì)算。

　　三、渦流損耗的計(jì)算

　　圖5所示為有載調(diào)容變壓器中的兩種漏磁通密度分布型式，三角形分布［如圖5（a）］和梯形分布［如圖5（b）］。通過分析有載調(diào)容變壓器的漏磁場可知，高壓繞組和低壓繞組的前兩層均為三角形分布，低壓繞組的第三層為梯形分布。

　　文獻(xiàn)中詳細(xì)推導(dǎo)了各種漏磁密分布型式時(shí)渦流損耗的計(jì)算方法，本文中筆者直接引用其計(jì)算公式，詳細(xì)的推導(dǎo)過程不再贅述。

　　1、三角形分布

　　四、環(huán)流損耗的計(jì)算

　　輻向并聯(lián)的多根導(dǎo)線需要進(jìn)行換位，換位的基本原則：一是換位后每根并聯(lián)導(dǎo)線的長度盡可能相等；二是換位后每根并聯(lián)導(dǎo)線所處漏磁場中的位置盡可能相同。若換位方式能滿足兩條原則，即視為完全換位，此時(shí)繞組的環(huán)流損耗很小，可以忽略；如果是不完全換位，則需要根據(jù)繞組的導(dǎo)線排列和換位方式計(jì)算環(huán)流損耗的大小。

　　1、不完全換位的環(huán)流損耗計(jì)算

　　不完全換位的方式有很多種，本文中筆者以輻向3根并聯(lián)導(dǎo)線的不完全換位為例，推導(dǎo)出繞組環(huán)流損耗的計(jì)算方法，其他不完全換位方式可參照此方法進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算。圖6所示為有載調(diào)容變壓器低壓繞組輻向3根并聯(lián)導(dǎo)線的不完全換位方式。繞組沿輻向3根導(dǎo)線并聯(lián)，并在每層中間位置進(jìn)行一次如圖6（a）所示的不完全換位。

　　由圖6可知，導(dǎo)線1和導(dǎo)線3在漏磁場中的位置完全相同，則導(dǎo)線1和導(dǎo)線3的漏電勢相等；因此，只需要分析導(dǎo)線1（或?qū)Ь€3）與導(dǎo)線2之間的漏電勢差值即可。首先，計(jì)算第一層導(dǎo)線換位位置上部導(dǎo)線1與導(dǎo)線2的漏磁鏈差值，計(jì)算過程如下。

　　2、計(jì)算結(jié)果分析

　　通過分析圖7所示等效電路圖可知，導(dǎo)線2中的環(huán)路電流是導(dǎo)線1（或?qū)Ь€3）的2倍，導(dǎo)線2中的環(huán)流損耗是導(dǎo)線1（或?qū)Ь€3）的4倍，上述不完全換位方式不僅會(huì)產(chǎn)生繞組的環(huán)流損耗，還有可能造成導(dǎo)線2的局部溫升過熱。

　　完全換位有兩方面的好處：一是各并聯(lián)導(dǎo)線間的循環(huán)電流很小或接近于零，因此由循環(huán)電流產(chǎn)生的附加損耗也很小；二是各并聯(lián)導(dǎo)線的溫升接近。此外，變壓器的導(dǎo)線尺寸受工藝、絕緣和繞組尺寸的限制，在一定范圍內(nèi)，渦流損耗與導(dǎo)線厚度的平方成正比，為了減小渦流損耗，常采用并聯(lián)導(dǎo)線。采用并聯(lián)導(dǎo)線就必須進(jìn)行換位，但是換位次數(shù)增多會(huì)使繞制工藝復(fù)雜，而且由于換位造成的繞組凸凹不平和電場集中處也會(huì)相應(yīng)增多。因此，在設(shè)計(jì)有載調(diào)容變壓器繞組時(shí)，導(dǎo)線尺寸和換位方式的選擇需均衡考慮。

　　五、引線損耗與雜散損耗的計(jì)算

　　1、引線損耗

　　變壓器的高、低壓引線通過電流時(shí)，由于引線中存在電阻，會(huì)產(chǎn)生引線損耗。忽略引線中電流產(chǎn)生的漏磁場，只考慮引線中的電阻損耗，則引線損耗的計(jì)算公式為：

　　有載調(diào)容變壓器的引線結(jié)構(gòu)與普通配電變壓器相比要復(fù)雜得多，引線損耗的計(jì)算也要相對復(fù)雜很多。對于同一型號(hào)的有載調(diào)容變壓器，ky的值是相同的，它的大小可以根據(jù)引線中通過的電流和引線的截面、長度確定，并根據(jù)試驗(yàn)值進(jìn)行適當(dāng)修正。

　　2、雜散損耗

　　變壓器運(yùn)行時(shí)，漏磁通穿過鋼鐵結(jié)構(gòu)件（夾件及油箱等），并在其中產(chǎn)生雜散損耗。對于額定容量小于630kVA，且采用層式繞組的配電變壓器，考慮其漏磁通較小，雜散損耗可不予以考慮。由于有載調(diào)容變壓器的額定容量較小，因此，可以將雜散損耗并在引線損耗中考慮，不再單獨(dú)計(jì)算。

　　六、實(shí)例計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證

　　本文中筆者以型號(hào)為S11-M.ZT-400（125）/10的有載調(diào)容變壓器為例，采用文中所述的方法計(jì)算其負(fù)載損耗的設(shè)計(jì)值，如表1所示，并選取100臺(tái)該型號(hào)變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，如表2所示，驗(yàn)證了該計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

　　七、結(jié)論

　　綜上所述，同一型號(hào)和結(jié)構(gòu)的有載調(diào)容變壓器，它的引線損耗和雜散損耗是基本一致的，導(dǎo)線尺寸和換位方式的改變影響繞組的附加損耗。在設(shè)計(jì)有載調(diào)容變壓器時(shí)，需要綜合考慮并選取合理的導(dǎo)線尺寸和換位方式，同時(shí)鑒于假設(shè)條件中忽略了橫向漏磁場和縱向漏磁場的橫向分量，在計(jì)算繞組的附加損耗時(shí)，需要根據(jù)試驗(yàn)值進(jìn)行適當(dāng)修正。經(jīng)過長期在不同型號(hào)有載調(diào)容變壓器上的實(shí)踐應(yīng)用可知，文中所述的計(jì)算方法對于計(jì)算有載調(diào)容變壓器的負(fù)載損耗是準(zhǔn)確、有效的。