1.1 变压器的选用

1.1.1 农村配电变压器的合理选用

在农村电网的改造中，我们发现有许多地方对配电变压器（简称配变）的选择存在一定的盲目性。就其容量而言，很多情况下是“大马拉小车”；就选择配变的系列与形式来说，也不太合理；有些在安装和使用方面还存在一定的问题。这不仅使供电的可靠性与供电质量不高，而且使用电损耗加大，从而增加了农民的负担。本节根据农村低压电网的具体情况，结合多年的实际工作经验，全面介绍农村配变的合理选用，尤其是在难度较大的配变容量选择上提出了准确、合理的方法。

1.配变容量的选择

要使配电变压器的容量选择合理，必须先弄清楚其负荷容量，然后根据负荷设备的使用情况确定配变容量。

1）负荷容量

计算和确定农村电力负荷是一件很复杂的工作，并不是所有负荷设备功率的简单相加，而要深入进行调研。既要考虑设备容量与配套情况，又要考虑设备的负荷状况与变化规律，以及最大负荷出现时间的交错情况等，然后从配电台区负荷变化的随机变量中找出其规律，通过科学的统计计算得出负荷容量。

●统计配电台区的设备总容量PΣ

设备容量是指用电设备铭牌上所标示的额定容量。统计时应注意：由多台设备组成的用电设备组，其总容量就是各台设备容量的总和，包括暂时停止工作的设备，但不包括备用设备。对于农户生活用电，各户有所不同，可以自然村为单位进行统计，力求做到准确。

●明确设备负荷率K1与同时率K2

由于用户选择用电设备容量时往往稍大于实际负荷的需要，这就使得实际负荷容量比用电设备铭牌的额定容量要小一些。实际负荷容量与设备额定容量之比称为设备负荷率K1，经统计表明，K1一般为0.88～0.92。

由于农村用电受季节、昼夜及其他因素的影响较大，使得用电设备的同时使用的可能性较小，所以同一配电台区的实际最大负荷要比各类设备最大负荷之和小许多，两者的比值称为同时率K2。经统计表明，K2一般为0.65～0.75。

●计算负荷容量P

负荷容量是指实际容量，显然它等于K1K2PΣ，考虑到K1、K2的取值范围，那么：

P=（0.88～0.92）×（0.65～0.75）PΣ=（0.57～0.69）PΣ （1.1）

2）配变容量

配电变压器的容量除考虑现有负荷容量P之外，还要考虑负荷的功率因数、效率与分散情况，配变的效率及今后几年内用电负荷的增长率。综合上述因素，初步确定配变的容量可表示为：

式中，SN——配变的初选容量（kVA）；

P——由（1.1）式计算的现有负荷容量（kW）；

cosφ——负荷功率因数，一般为0.80～0.85；

η——负荷效率，一般为0.80～0.90；

K3——负荷分散系数，一般为1.1；

ηT——变压器效率，一般为0.80～0.90；

K4——用电负荷年平均增长率，统计表明一般为30%～50%；

n——规划配变使用年数，依据国家《农村低压电力技术规程》规定，n=5。

配变容量的最后确定还要再考虑以下3个方面的情况：

（1）配变的现有负荷容量S=P/（η cosφ ）是否位于配变的经济负荷区。我们知道，配变的最高效率出现在50%～70% SN的范围内，配变的经济负荷区随变压器的系列不同而不同。但无论是什么系列的变压器，初期运行与以后若干年的运行，都要使变压器运行在经济负荷区内。那么对于现有负荷必须满足：

S/SN≥σ% （1.3）

式中，σ%为变压器经济负荷率下限值。对于S7系列为40%，S9系列为42%，SH系列为20%。

（2）农村中用电最大的设备一般是排灌电动机，变压器的容量应满足电动机直接启动时的要求，即满足：

式中，——电动机的起动电流倍数；

I1st——电动机直接启动电流（A）；

I1N——电动机额定电流（A）；

——电动机容量（kVA）；

PN——电动机额定功率（kW）；

ηN——电动机额定效率；

cosφ——电动机额定功率因数。

（3）安装使用环境的容量修正。如果配变安装的位置海拔越高，使用的环境温度越高、相对湿度越大，则变压器的容量要逐步适当增加。其基本要求是：海拔高度不大于1000m；最高气温不大于40℃、最高日平均气温不大于30℃、最高年平均气温不大于20℃；当气温为25℃时的相对湿度不大于90%。如果超过上述基本条件，配变的容量视其超过程度要增加5%～30%。

2.配变系列的选择

我国配电变压器中，高能耗的64系列与73系列已经被淘汰，中等能耗的S1、SL1、S2、SL2等也明令禁止使用，S7系列也不再继续选用，而节能型的S9系列与SH（非晶合金）系列正推广使用。下面以农村用得较多的50～100kVA配变为例进行介绍与选择。

S7系列配变：阻抗电压4%，接线方式Y,yn0，高压侧无±5%的励磁调压范围，经济负荷率40%～70%，损耗较大。价格较便宜：50kVA约8800元、100kVA约13100元。

S9系列配变：阻抗电压4%，接线方式Y，高压侧分接电压范围±5%，经济负荷率42%～70%。总损耗较S7系列少，其中铁耗减少10%～20%、铜耗减少24%～26%，比国家现行GB/T 6451—1995的规定，总损耗下降了15%～25%。价格较贵，50kVA约10900元、100kVA约16200元。

SH系列配变：阻抗电压4%，接线方式D,yn11，高压侧分接电压范围±2×2.5%或3（或1）×2.5%，经济负荷率20%～70%。损耗小，其中空载损耗仅为S9系列的20%。价格贵，50kVA约15500元、100kVA约25100元。

由于农村配变年负荷利用时间较少，即轻载与空载运行时间长，变压器年空载损耗占总损耗的比例大。根据这一特点，对照3种系列变压器的基本情况，SH系列的配变经济负荷率的起点低、空载损耗小，正好适合农村使用。问题是SH系列一次性投资比S7系列高70%～90%、比S9系列高40%～60%，但经我们统计与计算，5～6年就可收回投资差额。按变压器20年折旧计算，在以后的14～15年中便可获得经济回报。另外，SH系列配变采用D,yn11接法，与Y,yn0接法相比较，能更大限度地限制3次谐波；更大程度地容许三相不平衡度；同时提高了单相短路电流值，使低压单相接地保护装置动作更灵敏。这些性能又正好适合农村用电分散、三相不平衡度大、接地故障率高的特点。所以我们认为，SH系列是农村电网首选的配电变压器。

3.配变形式的选择

（1）在海拔高度、环境温度与湿度满足上述基本要求时，可选用一般形式的油浸电力变压器。

（2）在环境潮湿或多尘地方使用，宜选择环氧树脂浇注式等干式变压器（进线采用电缆）。

（3）在防火要求较高的场合使用，尽可能选用不燃或难燃的变压器。

（4）在有化学腐蚀性气体、蒸汽；或有导电、可燃的粉尘、纤维；或在多尘、多雪的露天环境中使用，宜采用密封式变压器。

（5）在多雷区与土壤电阻率较高的山区使用，应选用防雷变压器。

4.配变的安装

1）安装地点的选择

（1）安装地点应尽量接近负荷中心，这样既能减少电能损耗与电压损失，又能减少基建投资与维护工作量。

（2）要尽量避开易燃易爆场所，避开污秽地带，以利变压器的安全运行。

（3）要避开交通与人畜活动中心，保证安全用电。

（4）高、低压进出线要方便。对架空线来说，线路走廊要充裕；对地埋线来说，要布置好各回路的敷设途径。

（5）施工运输方便，有利于配电室的修建与变压器的运输、安装。

2）安装形式的选择

（1）杆上式。把变压器安装在电杆上，对于50kVA以下的配变安装在单杆上；50～315kVA的配变安装在双杆上，变压器底部离地面2.5m以上。其高、低压配电装置一般也安装在电杆上，但对于低压配电装置出线回路较多或需要对用电负荷进行监视时，可把低压配电装置安放在室内。这种形式是农村常用的安装形式。

（2）台墩式。把变压器放在用砖块砌成的平台上，平台高度不小于2.5m，其高、低压配电装置可安装在线路终端杆上，也可把低压配电装置安装在平台的立面上。这种形式适合临时配变。

（3）落地式。把变压器安装在0.5～1m高的地面平台上，周围设置护栏，高、低压配电装置安装在线路终端杆上。这种形式适合台风地区。

（4）室内安装。把变压器与高、低压配电装置都安装在室内。当配变容量较大，不宜安装在杆上，且地面狭窄、台墩安装与落地安装有困难，可采取室内安装；空气中有导电尘埃（如面粉加工厂、水泥厂等）或有腐蚀性气体（橡胶厂、化工厂等），为进一步保证变压器的安全运行与正常使用寿命，可采用室内安装。

5.应用举例

某村位于丘陵地区，包括4个自然村，原有一台S7系列50kVA的小型配电变压器，主要为排灌电动机、碾米机及周围两个自然村的农户照明供电。前些年进行电网改造，要让4个自然村普遍用上电。首先我们以自然村统计农户的照明与家用电器（主要是电视机）用电，设备的总容量为15kW，村排灌电动机3kW、农产品加工设备（碾米机、榨油机、脱粒机等）2.5kW，那么整个配电台区设备的总容量：

PΣ=15+3+2.5=20.5kW

考虑设备负荷率与同时率，按式（1.1）计算负荷容量：

P=（0.57～0.69）PΣ=（0.57～0.69）×20.5=（11.7～14.1）kW

取P=14kW。再按式（1.2）计算配变的大致容量：

取SN=100kVA。最后考虑3个方面的情况：

（1）配变是否运行在经济负荷区内。现有负荷容量：

S=P/（η cosφ） 14/ （0.85×0.82）=20.1kVA

变压器负荷率：

S/SN=20.1/100=20.1%

按上述每年增长33%的用电负荷考虑，第2年到第5年的负荷率分别为26.7%、35.5%、47.2%、62.8%。

（2）配变是否满足电动机直接启动的要求。该村排灌用电动机型号Y132M-8，PN=3kW、U1N=380V、I1N=7.7A、nN=710r/min、Nη=82%、cosφN=0.72、KI=5.5。先计算电动机的容量：

依据式（1.4）关系：

即满足电动机直接启动的要求。

（3）安装使用环境是否需要修正配变容量。该地区海拔大于300m，温度与湿度也符合上述基本要求，因此不需要对配变的容量进行修正。

综合上述情况，我们建议该村选用了100kVA的SH系列配电变压器（江苏吴江变压器厂生产的SH11-100/10/04），使该变压器在近5年内都运行在经济负荷区20%～70%内。该变压器在安装时采用杆上式，高压配电装置安装在杆上，低压配电装置安放在配电室内，并注意做好防雷工作。从该变压器近三年的运行情况来看，不仅减少了电能损耗，而且供电的可靠性较以往也大大提高。

我们采用本节叙述的方法，在农网改造中给我地的大部分农村选用了配电变压器百余台，除极少数保留原有S7系列的配变外，绝大部分选用了S9系列与SH系列的配变，其中SH系列配变占60%左右。经过我们的回访，用户反映多年来运行效果良好。尤其是在配变容量的全面考虑与合理选择上，以及SH系列变压器的推广使用中，收到了显著的效果。