邱德权

（福建森源电力设备有限公司，福建 福州 350000）

引言

电力变压器与工业变压器都是变压器种类中的一种，在性能及运行方式方面均存在一定的差异[1]。电力变压器作为电力行业中的重要电气设备，对电力系统与配电网的运行具有较大影响[2]。工业变压器的用途相对特殊，种类也较多，主要包括电炉与电解变压器两类，广泛应用于工业生产活动的各项领域[3]。电力变压器与工业变压器的外观、结构、工作原理均具有较强的相似性[4]。现阶段，我国在变压器方面的研究逐渐成熟，然而，对于电力变压器与工业变压器的性能差异研究仍然存在不足。基于此，本研究开展了两种变压器分接开关性能差异的研究。

1 电压调节差异分析

电力变压器与工业变压器在电压调节方式方面存在一定的差异，本研究对两种变压器电压调节差异进行了具体分析，具体如下。

电力变压器在运行过程中，当出现异常情况时，其电压调节需要在一次绕组的基础上布设变压器电压调节分接头，增设压力调节绕组，实现电压调节的目标[5]。电力变压器的电压调节，主要受到内部绕组匝数的变化影响，通过增加或减少变压器内部一次绕组的匝数，保持电压的恒定，控制电网内部电压的波动情况[6]。

在调节电压过程中，电力变压器内部的铁心磁通保持恒定不变，控制电力变压器各个分接位置的电流与电压变化，根据变压器输出功率与输入功率的变化情况，不断调节变压器各个分接级的电压[7]。电力变压器的电压调节主要包括三种不同的方式：线性电压调节、粗细电压调节以及正反电压调节，不同的电压调节方式具有不同的负载特性[8]。其中，电力变压器的电压调节方式以线性电压调节为主，通过布设电压中性点、自耦调压电路，在三相调压电路中实现电压调节的目标。在调节电力变压器电压过程中，其主支路的触头恢复电压会发生一定的变化，触头恢复电压的计算公式为：

其中，URM表示电力变压器主支路触头恢复电压；IL表示电力变压器电压调节中的负载电流；R 表示电力变压器电压调节中的电阻过渡值。通过计算，获取电压调节中，电力变压器主支路的触头恢复电压，得出恢复电压的变化状况与规律。工业变压器支路的触头恢复电压为：

其中，URT表示工业变压器支路的触头恢复电压；IS表示工业变压器的真空触头负载电流；R0表示工业变压器的过渡电阻阻值。根据两种变压器触头恢复电压的计算结果，对比电压调节中，变压器触头恢复电压的差异。

在电压调节中，电力变压器与工业变压器的运行方式基本相同，差异性在于电网高压下降的趋势不同，在变压层次、变压器设备数量以及电压调节运行的可靠性方面也存在较小的差异。两种变压器在电压调节中，电压信号的能量变化存在一定的差异，信号能量计算公式为：

其中，Ei表示电压调节中原信号的分量能量；E 表示电压信号能量；Er表示电压调节余量信号能量；xi2表示变压器振动信号能量参数；x2表示变压器振幅参数；d 表示信号能量比值；t 表示电压调节时间。

基于间调式电压调节方面分析，电力变压器主要通过将主、串变低压的绕组进行串联，控制分接开关的串变高压供电，将绕组的电压进行变磁通调节，实现电压调节的目标。工业变压器通过降低变压器设备运行所需的低压，将分接开关设置在变压器第三绕组中，提高变压器的功率因数，进而达到电压调节的目标。电力变压器与工业变压器在间调式电压调节中，电压调节的原理接线图分别见图1、图2。

图1 电力变压器电压调节原理接线图

图2 工业变压器电压调节原理接线图

见图1、图2 的电压调节原理接线图，两种变压器的间调式电压调节原理存在一定的差异。电力变压器的接线结构较复杂，在负荷分接时，负载损耗较大；工业变压器的阻抗电压增值较明显，其接线结构与接线方式适用于各类大中容量的工业生产活动。

基于多级线性调试分析，电力变压器在电压调节中多数采用M 型分接开关，电压调节等级较高，能够达到35 级以上，变压器中涵盖多个位置的选择器，适用于电力系统与配电网的运行需求。工业变压器在电压调节中对级数的要求较高，通常采用多级粗细调，进行分接绕组操作，将粗分接与粗分接连接，结合变压器分接开关变换的原理，不断调节细调绕组的电流波动幅度。设置变压器分解绕组的最大级数用n 表示，最大级数的计算公式为：

其中，n1表示变压器细调分接绕组的级数；n2表示变压器粗调分接绕组的级数，通过计算变压器分接绕组的最大级数，获取两种变压器在不同调压级数下对应的分接绕组级数，进而判断两种变压器电压调节方面的性能差异。

2 负载特性差异分析

电力变压器与工业变压器在运行过程中，其内部的负载特性变化存在一定的不同。电力变压器的负载特性在电压调节过程中会根据分接绕组的匝数变化而发生改变，其变压器的输出功率为恒定功率，分接位置的电压与电流会产生较大的变化。在电力变压器的电压调节级数方面，以10 kV、35 kV、110～220 kV三种电压为主，10 kV 的线性电压调节的级数为9级；35 kV 的线性电压调节的级数为7 级；110～220 kV 的正反电压调节的级数为17 级左右。工业变压器的负载特性变化示意图，见图3。

图3 工业变压器负载特性示意图

根据图3 可知，工业变压器的负载特性具有波动性，在一定周期内，工业变压器的电流方均根值会发生相应的变化，波动范围与波动幅度较平稳。工业变压器的二次侧调压深度较电力变压器相比较大，二次电压的最高值调压范围在25%～50%之间。通常情况下，工业变压器使用标准线性调压，当分接开关数目不够时，采用正反调的方式，共同调节电压级数，使工业变压器分接开关的V 型开关达到14 级，M 型开关达到17 级，结合转换选择器，将变压器电压级差控制在2%～4%范围内，与电力变压器存在较大的差异。

3 分接开关选用差异分析

电力变压器与工业变压器对应的分接开关，在选用方面也存在一定的差异，在选用分接开关时，需要综合考虑变压器运行的负载特性需求，根据相关的分解开关规范，选用标准型式的分接开关。电力变压器分接开关对切换参数的要求较高，其对应的额定特性能力要求也较高。在选取分接开关前，首先，应当计算分接开关的额定通过电流值，公式为：

其中，K 表示电力变压器分接开关的过载系数；Inm表示电力变压器分接开关的最大额定通过电流，通过计算，获取变压器分接开关的额定通过电流值，在此基础上，计算分接开关的额定级电压，公式为：

其中，Un表示分接开关额定电流通过时允许的最大级电压；X%表示分接开关额定级电压调节精度；m表示额定级电压调压级数。根据额定通过电流值于额定级电压的具体计算结果，选用电力变压器符合对应要求的分接开关。采用恒磁通调压的方式，在变压器中布设调压中性点，调节分接开关的额定级电压与基准级电压。根据变压器的运行特性，适当切换分接开关的额定容量与谐波电流，保证分接开关的使用性能符合相关标准规范。两种变压器分接开关内部绕组的连接方式不同，变压器对应的调压部位、范围与方式均存在差异。电力变压器主绝缘的耐受电压逐渐呈标准化发展，工业变压器主绝缘的耐受电压波动幅度较大，两种变压器主绝缘设备电压变化情况与耐受电压波动幅度存在一定的关联。电力变压器的分接开关通常选择1 类绝缘水平的分接开关，开关内部的中性点采用不接地方式；工业变压器的分接开关，通常采用两类绝缘水平的分接开关，结合单相分接开关，共同组合，生成满足分接开关绕组绝缘需求的分接开关。

4 过渡电阻匹配差异分析

过渡电阻在两种变压器中的运行与转换原理不同，对于变压器分接开关电路转换与调压的方式也存在一定的差异。电力变压器的过渡电阻主要负责变压器内触头的切换操作，通过过渡电阻的高效匹配，提升电力变压器运行的可靠性与使用寿命。工业变压器的过渡电阻负责提高电压器在生产活动中的电气寿命，根据相关的过渡电阻匹配方案，获取最适用于变压器运行的最佳匹配值。电力变压器的电阻过渡电路通常采用M 型分接开关，工业变压器的电阻过渡电路采用V 型分接开关，两种变压器过渡触头的切换容量与最佳匹配系数均不同。变压器过渡电阻的匹配表达式为：

如图4 所示，两种变压器过渡电阻匹配值的大小不同，其对应的触头任务切换容量也不同。过渡电阻匹配差异与变压器触头任务之间存在较大的关联，变压器电压与电流匹配适应度较差，直接影响变压器运行的安全性与可靠性，不利于电气工程及工业生产活动的可持续发展。

图4 两种变压器分接开关触头任务与电阻匹配关系

5 结论

分接开关作为变压器内部组成的重要部件，其使用性能与运行方式对于变压器设备具有较大影响。基于此，本研究针对变压器的两种不同类型，开展了其分接开关在各个方面性能差异的研究。在本研究分析的基础上，获取了变压器电压与电流匹配适应度、对应的性能特征及电压调节特性，为变压器安全、可靠地运行提供了一定的保障。