1变压器的额定电压比和联结组别
发电机1F的出口电压为10.5kV。由于它离变压器的距离较远，考虑了线路上存在压降，所以变压器10kV侧的额定电压取10kV。变压器0.4kV侧的额定电压取发电机的出口电压0.4kV。输出端的电压则按照普通的升压变压器选取，考虑到变压器阻抗压降和线路压降等因素，该电压取38.5kV。由于现在的电网电压较稳定，该变压器采用无励磁调压，电压调整范围为38.5±2×2.5%kV。根据线路连接的要求和变压器的电磁特性，35kV侧采用Y接，10kV侧采用d接，0.4kV侧采用y接；同时为满足站用电和中性点接地的要求，在0.4kV侧加了零线输出，于是变压器的整体联结组别为Yd11yn0。2.3变压器的阻抗电压2.3.1阻抗电压选取根据水电站技术部门的要求，以及为了尽量降低两个电源之间的相互影响，变压器每相3个绕组排列成如图3所示，从铁心柱往外，依次套装着绕组1、绕组2、绕组3。经过测算，暂定变压器的各个绕组间的阻抗电压如下所示：UK12=11%，UK13=30%，UK23=14%。其中，UK12为绕组1和绕组2之间的阻抗电压，UK13为绕组1和绕组3之间的阻抗电压，UK23为绕组2和绕组3之间的阻抗电压。这样变压器3个绕组及其连接的线路的电气关系可以等效成如图4所示的线路图。绕组1通过线路1连接发电机2F形成支路1；绕组2通过线路2连接电网形成支路2；绕组3通过线路3连接发电机1F形成支路3。
2变压器的结构设计
变压器采用油浸自冷式结构，与普通中小型无励磁调压油浸式三绕组变压器比较，在器身结构、出线套管布置、低压引线、油箱等方面存在特殊性。3.1器身结构变压器铁心为常规的三相三柱叠铁心结构。全部绕组为层式结构，绕组1由于电流很大，采用铜箔绕制；绕组2、绕组3采用纸包铜线绕制。内部器身各相绕组和铁心的相对位置如图3排列。这样布置有两个好处：一是能满足变压器整体的阻抗需要，加大一二次侧绕组的耦合程度，减小一次侧两个绕组之间的相互影响；二是利用0.4kV侧电压低优势，缩小绕组和铁心之间的距离，提高铁心窗口侧的填充系数。绕组间绝缘具体如图5所示。由于35kV侧绕组排列中间，又有分接抽头从绕组上引出，为了保证分接引线对外侧绕组的绝缘强度，同时又缩小两个绕组之间的主空道尺寸，在绕组2、绕组3之间加了绝缘角环，形成了油道、纸板、角环、油道的复合绝缘结构。而绕组1、绕组2之间由于阻抗计算的需要主空道已经很大，所以只用纸板加油道绝缘。3.2外部平面布置由于水电站处在一个小峡谷中，地域狭小，无法平行排列下10kV和0.4kV两路进线，所以它们呈90°转角排列。为了满足水电站的整体布置的方便，文中突破了变压器套管平行于油箱长轴中心线双面布置的传统习惯，根据水电站的线路布置把三个电压等级的套管分为三个方向布置。变压器平面布置如图6所示。由于0.4kV侧电流较大，采用两个套管并联，但是对于升压变压器来说，三相电流比较平衡，通过零线的电流很小，所以零线只用一个套管。这样，发电机出线可以直接通过母排和变压器连接，减少了中间的转向。同时为了山区道路运输方便，采用了可拆卸的片式散热器和储油柜。3.3低压(0.4kV侧)引线和油箱的结构从图6中可以看出，类似于常规的变压器，套管A、B、C、Am、Bm、Cm和绕组位置相对应，因此它们的引线布置和常规变压器相同，这里将不再赘述。由于套管a、b、c和三相绕组排列不对应，所以必须如图7采用铜排把套管和相应绕组引出线连接起来。按照用户的意思，零线套管布置在a相侧，也就是图7中圆圈O处。为了连接方便和缩短绕组到套管a、b、c的引线距离，把所有的低压引线铜排集中布置在油箱上半部。这样在油箱右端只有上半部的套管和连接铜排，下半部没有任何部件。为了减少变压器油和钢板的重量，参考了有载分接变压器的设计经验采用了如图8所示的上大下小的油箱。油箱右端突出一块，专门用于套管和引线排的布置，油箱下半部以B相中心线对称。该油箱为桶式油箱，最上端的箱沿法兰，用于和箱盖连接；最下边的底座，用于和变压器基础的连接。采用了这种油箱，和上下大小一样的油箱箱壁，可以节省了280kg变压器油和35kg钢板，降低了变压器的成本。常规的中小型变压器在箱顶上安装一个带吸湿器的储油柜，当油箱内的变压器油热胀冷缩时通过吸湿器进行呼吸。由于水电站处于峡谷当中，湿度非常大，吸湿器中吸湿硅胶很容易因为水分饱和而失效。为了避免变压器油受到水汽的污染，改变了以往通过吸湿器进行干燥空气的结构，采用了全密封的胶囊储油柜，油的热胀冷缩通过胶囊进行补偿，从而完全隔绝了变压器油和空气的接触，保证了油长期保持在极低的含水量。并在储油柜上安装了一个具有反映油位高低远距离报警功能的油位计，防止了胶囊的过度收缩或膨胀带来的损害。
3两个方案的比较
如果该梯级水电站采用方案1，则也选择了相应的变压器，图1中变压器2B为S9-4500/35，变压器1B为S9-2900/10。经过测算方案1和方案2的部分参数比较如表1所示。表1中仅仅是变压器部分的参数。从表1中可以看出，方案2比方案1空载损耗低了3.9kW，负载损耗低了8.1kW。现在假定水电站一年满负荷运行4560h，那么每年仅变压器部分就可以降低损耗71100度。水电站卖给电力公司一度电为0.35元，那么每年多卖的电费约2.5万元。方案2比方案1光变压器就节省了11万元，其它省掉的设备还没有统计进去。特别是方案2比方案1变压器的净占地面积节省了3.7m2，加上其它辅助设备，以及各个设备之间的安全间距等等，占地面积大约能节省20m2，这对地域狭窄的水电站来说是极为重要的。从两个方案的比较中可以看出方案2比方案1少用了一台变压器，简化了水电站的整体布置，节约了大量的土地，特别适合于地域狭小、陡峭的峡谷中的水电站。方案2在水电站的初期投资和后期运行费用比方案1都有可观的节省，提高了水电站的经济性和节能效果。
4结语
该变压器2009年运行至今状态良好，性能参数达到了设计要求，满足用户需要，把两级水电站的电能送入到电网中。该变压器设计过程中必须注意三点：(1)两路电源供电的三绕组变压器不同于常规的三绕组变压器，有着特有的电磁特性。在设计时，必须根据水电站的实际情况，合理选择变压器各绕组之间的阻抗、电压等参数，来满足水电站最大效率运行需要，保证两个水电站都能够满负荷输出电能，使经济效益最大化。(2)同时由于水电站地形特殊，必须因地制宜，结合变电站的实际，合理设计变压器的结构，既优化水电站的整体布置，又降低了变压器的成本。(3)由于变压器结构特殊，在设计相关结构时，必须小心分析引线排列等新结构产生的新问题，从而选择最优的方案。
作者：陈伯根 单位：福州天宇电气股份有限公司
