光伏發電系統升壓變壓器認識及選配方法

光伏發電系統升壓變壓器認識及選配方法

1.常用電力變壓器的種類和容量系列

(1)常用電力變壓器的種類

在高、低壓供配電系統中，常用的電力變壓器有如下幾種分類方式。

①按相數分類有三相電力變壓器和單相電力變壓器。大多數場合使用三相電力變壓器，在一些低壓單相負載較多的場合，也使用單相變壓器。

②繞組導電材料分類有銅繞組變壓器和鋁繞組變壓器，目前一般均採用銅繞組變壓器。

③絕緣介質分類有油浸式變壓器和乾式變壓器兩大類。油浸式變壓器由於價格低廉而得到廣泛應用；乾式變壓器有不易燃燒、不易爆炸的特點，適合在防火、防爆要求高的場合使用，絕緣形式有環氧澆注式、開啟式、(SF6)充氣式和纏繞式等。

④繞組連接組別分類有Yyn0和Dynll兩種。由於Yyn0變壓器一次側零序電流不能流通，當二次側三相不平衡負荷出現時，由此產生的零序電流用於激磁，使鐵芯發熱增加，嚴重時會導致變壓器損壞，其二次側負荷三相不平衡度不能大於25%，因此，Yyn0變壓器一般只用於三相負荷平衡的場合，如工業企業變電站。Dynll變壓器一次側為三角形接法，零序電流可以流通，因此其運行不受二次側負荷平衡度的影響，可用於單相負荷較多且不易平衡的場合，如艮用建築變電站。

(2)常用變壓器的容量系列

我國目前常用變壓器產品容量有100kVA、125kVA、160kVA、200kVA、250kVA、315kVA、500kVA、630kVA、800kV A,1000kVA、1250kVA、1600kVA等。

2.變壓器容量與數量的選擇原則

(1)變壓器損壞及產生過負荷能力的原因

變壓器損壞及過負荷能力產生都是由於變壓器額定參數與運行時實際參數的差異導致。

①電氣設備的電壓、電流各具有在一定條件下長期安全經濟運行的限額，即所謂的額定電壓和額定電流。當實際運行電壓或實際運行電流超過其額定電壓或額定電流時，電氣設備可能被損壞。因此，在排除人為破壞的情況下，變壓器的損壞主要由以下兩個原因造成。

★當實際運行電壓過高時，過電壓使絕緣損壞。這是一個瞬時過程，因此電氣設備是不能在大於其規定的最高電壓下運行。

★變壓器具有額定壽命參數，變壓器達到額定壽命的工作環境是：最高日平均氣溫30℃，最高年平均氣溫20℃，最高氣溫40℃，最低溫度-5℃（戶內變壓器）或-30℃（盧外變壓器），在額定電壓下以額定電流運行。

當實際運行電流過大時，電氣設備導體過熱使絕緣老化加劇甚至損壞。這是一個累積過程，絕緣逐漸老化到一定程度，絕緣損壞，變壓器壽命終結。正常運行時，絕緣也會逐漸老化，但因其過程較緩慢，所以實際使用壽命會達到額定壽命。變壓器的設計使用年限一般為20～30年，其實際壽命主要取決於繞組絕緣的老化速度。

②變壓器額定容量是指變壓器的額定視在功率（即額定電壓和額定電流的乘積）。變壓器實際運行時負荷的視在功率超過其額定容量時，稱為變壓器過負荷。變壓器有一定的過負荷能力，其過負荷能力的大小主要取決於絕緣老化的速度，由如下因素決定。

★選擇變壓器時，通常要考慮備用容量，因此變壓器額定容量總是大於實際負荷的計算視在功率；其次，變壓器的實際負荷是變動的，且實際的瞬時負荷大多數情況下小於計算負荷，即小於變壓器的額定容量；此時實際運行時絕緣老化速度較變壓器在額定參數下的老化速度慢，相當於延長了使用壽命，儲備了一定的過負荷能力。

★變壓器實際運行環境不一定等同額定工作環境，當實際運行環境較額定工作環境惡劣時，會加速變壓器絕緣的老化速度，超支設備絕緣壽命；反之，則能節省絕緣壽命，也儲備一定的過負荷能力。

由上述分析可知，變壓器不能長期在過負荷情況下運行，但由於正常運行時大都或多或少地節省一些壽命，因此，當短時過負荷導致絕緣老化加劇而加速損耗的壽命可以得到補償，具有一定的短時過負荷能力。變壓器過負荷能力的大小與變壓器的絕緣介質和生產工藝有較大的關係，所以變壓器的短時過負荷能力的大小不能一概而論。表10-18、表10-19分別列出的是一般油浸式變壓器和乾式變壓器的短時過負荷大小及相應的允許運行時間。

(2)變壓器台數的確定

在供配電系統中，變壓器台數與供電範圍內用電負荷大小、性質、重要程度有關。表5-8油浸式變壓器、乾式變壓器短時過負荷及允許運行時間。

表5-8 變壓器短時過負荷及允許運行時間

①三級負荷一般設一台變壓器，但考慮現有開關設備開斷容量的限制，所選單台變壓器的額定容量一般不大於1250kV．A;當用電負荷所需的變壓器容量大於1250kVA時，通常應採用兩台或更多台變壓器。

②當季節性或晝夜性的負荷較多時，可將這些負荷採用單獨的變壓器供電，以使這些負荷不投入使用時，切除相應的供電變壓器，減少空載損耗。

③當有較大的衝擊性負荷時，為避免對其他負荷供電質量的影響，可單獨設變壓器對其供電。

④當有大量一、二級負荷時，為保證供電可靠性，應設兩台或多台變壓器。以起到相互備用的作用。

(3)變壓器容量的確定

①單台變壓器容量一般不大於1250kVA。若負荷集中且確有需要，可採用1600kVA或更大的變壓器。

②最大負荷率一般取為β=SC/SrT=75%～85%，其中SC為正常運行時的計算負荷，SrT為變壓器的額定容量。這是綜合考慮變壓器的經濟運行和變壓器一次投資得到的負荷率。

③兩台變壓器互為備用時，當一台變壓器故障或檢修，另一台變壓器容量應能保證向所有一、二級負荷供電。

④變壓器容量應能保證電動機啟動要求，否則應對電動機採取降壓啟動措施載提高變壓器容量。一般來講，直接啟動的籠型電動機最大容量不應超過變壓器容量的30%。

3.主變壓器選擇方式

光伏系統中常用三相油浸式配電變壓器。按《油浸式電力變壓器技術參數和要求》GB/T6451、《乾式電力變壓器技術參數和要求》GB/T10228、《三相配電變壓器能效限定值及節能評價值》GB20052、《電力變壓器能效限定值及能效等級標準》GB24790的參數選擇。

光伏發電站升壓站主變壓器應按下列原則選擇：

(1)應優先選用自冷式、低損耗電力變壓器。

(2)當無勵磁調壓電力變壓器不能滿足電力系統調壓要求時，應採用有載調壓電力變壓器。

(3)主變壓器容量可按光伏發電站的最大連續輸出容量進行選取，且宜選用標準容量。

4.光伏方陣內就地升壓變壓器選配方法

在大型集中併網光伏發電系統，通常以1MW為的單元進行就地升壓，選用的升壓設備為升壓箱變，如圖5-24所示。具體選配方法如下。

(1)應優先選用自冷式、低損耗電力變壓器 。

(2)升壓變壓器容量可按光伏方陣單元模塊最大輸出功率選取。

(3)可選用高壓/低壓預裝式箱式變電站或由變壓器與高低壓電氣元件等組成的敞開式設備。對於在沿海或風沙大的光伏發電站，當採用戶外布置時，沿海防護等級應達到IP65， 風沙大的光伏發電站防護等級應達到IP54。

(4)就地升壓變壓器可採用雙繞組變壓器或分裂變壓器。

(5)就地升壓變壓器宜選用無勵磁調壓變壓器 。

圖5-24 升壓箱變

3.10MW併網光伏電站變壓器選擇

在上述方案中，10KV變壓器選用三相油浸式配電變壓器。型號S11-1250/10,額定容量為1250KVA。電壓比（10.5±2）×2.5%/0.27kv，接線組別DYN11，短路阻抗Ud=4.5%，如10MW光伏電站，需要10台。下圖5-25室外變壓器。

圖5-25 變壓器