摘 要 本文介绍了一种新型有载调容组合式变压器的优化设计，其具有节能效果明显、智能化程度高、故障率低、安装维护方便等特点。笔者从变压器的本体及开关进行优化设计的说明，并通过试验论证，此种有载调容变压器的节能效果明显、运行中本体和开关故障低，特别适用于10KV以下配电网。
关键词 有载调容变压器；优化设计；节能
1 有载调容变压器设计原理
笔者所提及的此种变压器在设计时具备大小两个额定容量。高压绕组在大容量时为三角形连接，低压绕组为段2与段3并联（段2和段3匝数相同）然后和段1串联（段1导线截面积约为段2（或3）的2倍），此时低压绕组的匝数为段1的匝数与段2（或3）。在小容量时，高压绕组改为星形连接，匝电压为原来的1/3，低压线圈则改成段1、段2、段3串联，合理选择匝数，其匝电压也要改为原来的 1/3，以保证输出电压不变。
显然，由于匝电压大幅降低，铁芯中磁通密度亦大幅降低，使变压器在小容量状态下其空载损耗大大降低，实现了节能之目的。它特别适用于季节性用电不均和时段性负荷差异大的农村电网[1]。
2 有载调容变压器本体的优化设计
有载调容变压器在运行中出现的最严重也是最致命的就是变压器短路故障。因此笔者特意就此方面进行优化设计说明。
变压器在运行过程中，由于运行环境不断恶化，电网容量越来越大、短路电流逐年增大，抗短路能力不足已成为有载调容变压器事故的首要原因。在电路发生突然的短路时，线圈中流过的电流比额定电流大几十倍，因此负载损耗将比额定运行时大几百倍，线圈温度将在短时间内迅速上升，若不能及时排除故障，则变压器就有被烧坏的可能。因此笔者从绕组设计和装配工艺改进两个方面进行优化设计，以提高有载调容变压器的抗短路能力。
（1）在绕组导线的选用上，采用半硬漆包铜导线（屈服强度σ0.2=140～180MPa），增大单根导线的尺寸，在保证损耗等性能指标的前提下，内绕组尽量增大单根导线辐向尺寸（采用箔式绕组），外绕组加大导线截面，提高导线自身的机械强度。
（2）绕组采用圆筒式结构，冲击电压分布好，油道散热效率高。
（3）减小安匝不平衡程度。轴向力是由辐向漏磁引起的，辐向漏磁大小取决于安匝不平衡程度，设计时使绕组安匝尽可能平衡。高压绕组有分接匝时，将各分接档匝数沿轴向均匀分布，使分接开关无论调到哪一档，安匝不平衡程度均最小。因此在产品设计时，应保证每个绕组的磁场中心在同一高度，否则可增大沿绕组轴向的安匝不平衡，从而使辐向的漏磁通增大，引起轴向点动力的增大。
（4）设计合适的绕组端部绝缘结构和端部压紧结构。绕组端部采用厚的高强度层压木（带油道）作为端部绝缘，并采用工字形和槽形整体结构，增加高、低压绕组的轴向压紧面积，并采用一定机械强度的夹件，将上下压板和绕组紧紧压装在一起，使绕组支撑在单独的绕组支撑系统上，以提高抗短路能力。
（5）采用合理的引线结构，保证引线具有足够的机械强度。低压引线铜排在夹件上作有效的固定，高压引线自动打弯，使得短路的机械力或器身的强烈震动不致损坏开关[2]。
3 有载调容开关优化设计
在运行过程中，有载调容开关的使用寿命直接影响变压器的使用质量，开关在有载调容时，极间电压过高、切换过程断电问题已成为行业难题。为了保证变压器的有效不间断运行，我们在开关的优化设计方面进行了研究。
优化设计的整体思路为在有载调容开关的基础上。通过设计新的串联多断口形式和快速机构布置模式，将调容与调压触头组集成，产生一种新型机构的有载调容开关，并避免了机械干涉，降低了成本、体积，外形与原调容开关基本相同，新设计的变压器也降低了综合造价。
3.1 新的调容多断口设计
新的多断口技术完成了对高电压的切换，可是相应的问题确是多个触头的串联排布占用了太多空间，已经没有放置调压触头的位置了。因此我们对串联多断口进行了改良。将过渡电阻一分为二，根据电阻所连断口数量分配组织比例，这样，过渡支路电压会被电阻强制分配，所以不再需要个别静触头了，从而有足够的空间布置调压分接触头。因此实现了7个分接神的有载调容调压分接开关的触头排布。
3.2 调压与调容两套机构的设置问题
在传统的V型有载分接开关中，有两套（动触头）转换机构，但是这种设计并不适用于有载调容调压分接开关，原因是调容与调压需要彼此独立运行，互不制约。还有就是作为面向配电变压器使用的产品，不可能允许复杂的机构和庞大的体积，这些问题都为设计带来了难度。
解决这个问题的思路是，原有的调容机构不动，在其支架的下面，设置一套调压快速机构，电机的动力由支架上面引入，以支架为平面，上、下两侧分别形成共轴的两套快速机构。
而且有载调容开关为立式圆筒式结构，开关动、静触头结构设计合理，紧固在绝缘筒上，切换过程中无卡死现象，接触电阻小。
3.3 在线滤油补油装置
农村用电24小时负荷变化较大，“餐峰”、“灯峰”时段的负荷几乎是低谷时负荷的2-6倍，为提高电压质量，变压器在调容同时还频繁调整变压器有载调压的档位，每次调压都会因弧光产生游离碳等有害物质，这些杂质的形成降低了变压器油绝缘介质的绝缘强度，同时使有载调压装置的绝缘油减少，因此，开关的自动滤油装置就可以自动对有载调容开关本体内的变压器油进行过滤，确保开关内的变压器油洁凈，使开关的维护时间大为减少，接近于零维护。开关具有独立油室，不会污染变压器本体的油[3]。
4 结束语
通过优化设计，此种有载调容变压器的本体和有载调容开关组合结合更为紧密，使其在运行中本体和开关故障率大为降低，维护更为方便，并通过试验论证，此种有载调容变压器的节能效果明显，特别适用于10KV以下配电网。其智能化调容调压方式很好满足了智能电网的要求，可以很好改善农村用电网季节性负荷和时段性负荷的峰谷式变化对变压器使用寿命的影响和运行安全性要求。真正实现了节能的目的，降低了电网系统损耗。
参考文献
[1] 罗伟彬，刘长江，龙世熠，等.S13型有载调容变压器的特性与设计[J].变压器，2015，52（5）：9-12.
[2] 贾继莹，栾大利，刘艳新，等.一种新型有载调容分接开关的设计[J].变压器，2015，52（2）：45-48.
[3] 王金丽.有载调容变压器综合经济型分析及应用研究[J].高压电器，2009，45（3）：32-35.