吉帅

【摘 要】设计人员从事工业变配电工作时，都会遇到变压器台数、容量选择这一问题，这也是设计人员必须掌握的一项内容。随着社会不断发展，从事电气设计行业的人员越来越多，对于变压器容量如何选择大多数人一知半解，这不仅不利于设计人员自身发展、专业素质提高，而且造成业主投资不当、运行不可靠。

【关键词】变压器；容量；设计

随着社会不断发展，设计人员不断增多，电气设计行业面临着严峻的问题。一方面，设计院、设计公司较多，经验、学识丰富的设计人员却是稀缺资源，因导致行业领域设计质量参差不齐，无法达到精细化、经济化设计水平。另一方面，有些项目图纸并没有经过专业审图公司人员的审核，设计者对所设计内容准确性并不十分确定，并未考虑经济性，导致业主运营、维护方面产生了巨大损失。针对这一现象，对变压器台数、容量选择问题作以下研究，从根本上解决设备损耗大、经济性差的问题。

一、变压器选择影响因素分析

在研究变压器容量选择问题时，若涉及相关名词解释只指出相关规范，在此不作详细介绍。现主要从以下几方面综合考虑变压器容量选择问题：

（一）根据设备运行实际负荷来选择

对于一个整体项目来说，用电负荷众多，功率大小不一，运行时间和周期有所差异，其总负荷功率值波动较为明显。对于变电所、配电所负荷计算，可采用需要系数法进行确定。不仅如此，单台用电设备工作制不同，负荷功率也有所不同。设备运行方式为连续工作制、短时或周期工作制下尚需进行负荷换算。

通过上述内容将负荷进行换算后，由于每台设备搭配运行方式不同，存在一定同时性，在某一时间段负荷功率值波动较大。通常Kp有功功率同时系数取值0.8～1.0，Kq无功功率同时系数取值0.93～1.0。从而得出项目实际计算负荷。

（二）根据负荷等级来选择

在选择变压器容量时，首先应确定站、场负荷按几级考虑。所谓负荷等级及供电要求，在《供配电系统设计规范》（GB50052-2009）中有所解释。在具体项目设计变压器容量时应参考相应行业负荷等级确认。比如石油化工行业可参考《石油库设计规范》（GB50057-2002）、《油气集输设计规范》（GB50350-2005）等规范中电气部分内容。

当确定负荷级别时，由电气主接线方式决定变压器台数。如果站场负荷为一级时，应由双电源供电，变压器台数宜为两台，电源则由两个不同电源点引入，两者互不影响；若站场负荷为二级时，应由双回路进行供电，变压器宜为两台或者一台变压器、一台发电机；若为三级负荷时，则单电源、单台变压器即可满足规范要求。

如例1所示：某化工厂0.4kV用电负荷中，一级负荷为2500kW，二级负荷为1200kW，三级负荷为1000kW，功率因数cosφ=0.92。

可知，进行变压器容量选择时，化工厂总负荷为4700kW，其中一、二级负荷为3700kW。

根据一、二级负荷确定，单台变压器容量S1≧3700/0.92 =4021.74kVA。

根据总负荷确定，单台变压器容量S2≧4700kW*60%/0.92 =3065.22kVA。

所以所选变压器单台容量应不小于4021.74kVA。

（三）根据变压器运行方式选择

变压器容量主要是根据用电设备视在功率大小而决定。有些地区供电部门对功率因数有所要求，一般按不小于0.92考虑。若负荷等级按一级考虑需两台变压器时，可一用一备或两台同时运行。

若采用一用一备运行方式，虽然相对于变压器本身而言其运行、维护等方面较为简便，但是所需变压器容量较大增大，工程建设投资及运营成本较高。综合考虑下，在实际过程中往往按两台变压器同时运行考虑。根据《35k～110kV变电所设计规范》（GB50059-92），主变压器台数为2台及以上时，当一台变压器断开（故障、日常维修等）时，其余变压器应能满足站场一、二级负荷，且不应低于总负荷的60%。此时需要考虑负荷实际特点来确定。

（四）根据变压器过载能力选择

比如燃煤燃气行业，冬季锅炉设备启用，造成全场负荷偏大，夏季锅炉停止运行，负荷偏小，造成冬季、夏季负荷不同；机械制造行业中加工机床、切割机等设备白天运行，晚上停止，造成白天、夜间负荷差异较大。对于这类情况，需结合负荷最大值，负荷平均值，过载能力、经济性综合考虑，来确定一个相对较为合理的负荷值来进行变压器选择。在实际过程中由于负荷波动较大，持续时间短，因此可考虑不超过1.1倍变压器容量来进行综合考虑。

（五）根据最佳负载率来选择

经济运行时负载率β大小由变压器空载损耗、额定负载功率损耗（根据变压器厂家资料获得）等因素确定。变压器经济运行区域为负载率为0.55～1，最佳经济运行可取范围0.6-0.7。常规要求下一般规定变压器负载率不应大于85%，这一规定主要是考虑到变压器运行时损耗、温升以及5～10年裕量等因素。

但在工作当中设计人员会发现，选择变压器容量时，容量为1600kVA、2000kVA时负载率均在此范围内，这就无可避免让设计人员感到疑惑，不知该如何正确选择变压器容量。此时变压器经济运行问题研究将显得非常重要。参考《工业与民用配电设计手册》相关变压器能效评价内容，并结合相关规范可知，经济运行最佳负载率一般取值0.6～0.7范围最为合适。

例1中，单台变压器容量选择应大于4565.22kVA。变压器容量、负载率确定见表1：

（六）其他因素

除了以上方面选择变压器台数、容量时，还应根据用电负荷特点来进行选择。比如集气站用电，一般井场较多。虽然单台变压器从容量上考虑满足要求，但是变压器有效供电范围却受到限制。0.4kV架空线路或者直埋电缆等使用时，其电缆损耗、用电负荷决定变压器供电半径。

举例如下：某项目有井口有100口，每口井油泵为22kW，每口井之间距离最小为400m，最大为800m。以线路损耗不超过10%时，确定0.4kV架空线截面和供电半径。见表2：

我们知道，用电负荷越大，供电半径越小。根据上述表格数值可知，只设一台变压器，容量为3150kVA变压器进行井场供电不现实，不符合电压损失要求。应根据实际井口分布设计多台变压器，在满足供电半径及电缆截面的情况下进行变压器台数、容量选择。

二、总结

综上所述，针对电气设计中所遇到的变压器优化设计和容量选择问题，具体应从实际计算负荷、负荷等级、变压器运行方式、过载能力、最佳负载率以及负荷分布等情况进行综合分析，进行最优化工业电力设计和变压器选型，从而满足安全、技术、经济要求。

参考文献：

[1]《供配电系统设计规范》（GB50052-2009，中国机械工业联合会，中国计划出版社.

[2]电力工程电气设计手册，能源部西北电力设计院编，中国电力出版社.

[3]工业与民用配电设计手册（第三版），中国航空工业规划设计研究院组编，中国电力出版社.