(山东联合电力产业发展有限公司 山东济南 250000)
摘要：高过载配电变压器设计中，采取优化措施能够优化变压器在高过载配电场景下的使用性能。基于此，本文从高过载配电变压器优化设计的思考意义展开论述，详细阐述了材料选择、温度计算、改进措施落实、优化思路实测这几个变压器设计优化流程，希望能够为配电技术的发展提供助力。
关键词：材料优化；配变优化；过载配电
引言：高过载配电变压器是指一种能够满足用电负荷短时间迅速增长条件下配电变压需求的变压设备，有助于缓解春节等用电高峰时期电压不稳的问题，因此，工作者应当深入分析高过载配电变压器的设计优化方法，并采取有效措施，充分发挥变压器的效用，保障企业供电的稳定性和可靠性。
1 优化设计思考意义
就目前来看，高过载配电变压器通常用于农村地区的电力系统中。由于农村地区虽然长期处于轻用电荷载的状态下，但在农忙、春节期间，当地的用电荷载会在极短的时间内，迅速攀升，以至于达到常规额定负荷的1.5~2倍，因此，农村地区供电系统中的变压器经常容易在用电高峰期出现严重的过载故障，甚至直接烧毁，影响了当地的正常、稳定供电，为农村地区群众的生活和工作带来困扰。但若采用大容量变压器，在时间段较长的非高峰用电时期，则会造成浪费，降低电网运行的经济性。为此，研究者希望通过试验和研究，来制定变压器的设计优化措施，使高过载配电变压器能够在保障电网经济性运行的同时，满足用电高峰时期电网的变压需求，提高农村电网供电质量。
2 优化设计思路
2.1 材料选择
材料作为变压器性能的重要影响因素，研究者需要严格按照现行的标准和要求，来设计变压器构建所用材料，提高设计优化措施的规范性和有效性。在材料选择方面，根据现行规定，高过载变压器所应用的绝缘材料应该为耐温130摄氏度温高的B级以上材料，确保导线与变压器之间的安全接触，因此，在此次设计优化中，研究者采用了NOMEX910纸作为端绝缘、层间绝缘结构的制作材料。在线圈方面，为了保障变压器整体性能，研究者选用了T2铜箔材料，来绕制变压器线圈，同时，使用了材质为聚酯亚胺，耐温高达180摄氏度的QZYB-2/180、QZY-2/180型号的扁铜线与圆铜线，以免高过载场景下的高温影响变压器的稳定性运行。在S13标准中，对变压器的空载损耗提出了一系列详细、具体的要求，因此研究者按照该标准内容，选用了B23PO85型的低损耗取向硅钢片，作为变压器铁心材料，降低了变压器的空载损耗，使其得以顺利达到现行的规范和标准，保障后续优化设计的准确性。
2.2 温度计算
一般来说，高过载变压器需要承受高于额定，甚至2倍于额定的电流，这使得该类型变压器所受升温损耗远远大于常规变压器，因此，为了保障优化设计的效果，研究者需要计算出高过载变压器的升温状态数值，然后基于此，来协调其内部的附件设计，提高设计优化措施制定的准确性。在温度计算中，研究者应先采用最高过载倍数以及额定电流下线圈电阻损耗，列出线圈表面散热量的代数表达式，再根据变压器负载导则，利用指数曲线公式计算法得出变压器随时间变化而产生的温升值，然后将温升值表达式带入到线圈散热量的代数表达式中得出在平均温升条件下，变压器线圈的散热量，同理，研究者还要计算出顶层油的温升值、线圈最热点温升值等数据。根据计算结果，并对比绝缘材料的温升限值，如表1，研究者将酚醛纸板、NOMEX纸设计为B级材料，并将DMD环氧预浸布等设施设计为F级材料，所用油设计为植物油。
表1 绝缘材料的温升限值
2.3 改进措施落实
基于上述的分析和计算，研究者详细规划了油箱、线圈、线路这几方面的优化设计，构建出了高过载变压器的整体优化设计思路。在油箱方面，为了解决高用电负荷下的温升问题，研究者针对小容量的配电变压器，设计了波纹式油箱，增加的油箱的散热面积，使顶层油温得以保持在合理的范围内，同时，研究者还增加了油箱的波翅数，构建了四角加盒的油箱结构，优化了油箱的耐高温能力。在线圈结构方面，采用了相切圆结构，使导线绕制更加紧凑，深入优化了变压器线圈的机械强度。从设计结果上来看，线圈的幅向裕度相较于优化之前，减少了1%~2%，处于合理的紧凑范围内。在线路方面，研究者在高压线圈外侧设置了一圈撑条，并使用打包带进行了加固处理，保障撑条产生的收紧力能够均匀地分布在线圈轴向上，优化变压器线路的抗短路能力，实现了高过载配电变压器的设计优化思路构建。
2.4 优化思路实测
为了验证上述设计优化思路的可行性，研究者对经过优化设计之后的高过载变压器进行了实际应用测试。在实际应用测试中，研究者先将经过优化后的高过载变压器设置在额定的运行条件下，并测试了其空载能耗、空载电流、短路阻抗、负载损耗等运行参数，并对比了标准值、实测值与设计值，试验表明该高过载变压器可以满足额定条件下的运行需求。之后，研究者开展了过载能力测试，并向变压器分别施加了1.5、1.75、2倍于额定的电流，然后将上述过载电流状态分别保持了6h、3h以及1h的时间，最后记录了该变压器的顶层油温升、绕组热点温升、绕组油温升等数据。试验后，研究者将结果数据与设计参数进行了对比，发现两者并没有呈现出明显的差距，而且两者的差距处于工程误差允许范围内，但仍需在后续的应用中，进行参数修正操作，保障优化设计的落实效果[1]。
3 优化结果分析
根据上述设计、试验信息，研究者通过采用B、F两种绝缘材料结合的形式，来优化变压器的整体结构，并根据温升计算公式，来强化油箱和线圈的性能，可以使高过载变压器顺利适应用电高峰时期的电网运作环境。但在此过程中，研究者仅对50~200KVA的小容量配电变压器进行了优化，而且此优化设计尚且没有形成完善的标准，需要在应用过程中，进行深入的研发，以便于获得更加优质的优化设计方案落实效果。此外，由于当前人们对电力的需求，正在不断加大，因此研究者还要根据未来的实际情况，基于该优化设计进行完善和改造，使电网的运行得以有效满足人们的用电需求[2]。
结论：综上所述，该设计优化思路可以应用到高过载配电变压器的设计中，并且有助于企业供电质量的发展。在设计优化思路中，研究者基于温度计算，优化了变压器中油箱、线圈、线路结构，使变压器在后续的实测中呈现出较高的使用性能，实现了对高过载配电变压器设计的优化。
参考文献：
[1]谢大帝.一种高过载配变结构及配置[J].科技风,2019(35):155.
[2]倪广魁,赵遵龙,王灏.高过载配电变压器的优化设计[J].中国新技术新产品,2019(23):58-59.