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摘要:电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要电气设备之一，它的性能和质量直接影响到电力系统运行的可靠性和经济效益。在能源紧张的今天，节能降耗就显得尤为重要。为了满足节能的需求，合理选择变压器的容量及型式成为节能降耗、减少工程投资和降低运行成本的一个重要话题。本文是以陕甘宁盐环定扬黄定边供水续建工程的安边1纪畔1级泵站为例，阐述了如何在中小型泵站设计中合理选择变压器。
关键词：变压器，选择，容量，效率
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
陕甘宁盐环定扬黄定边供水工程是为解决革命老区陕西定边、甘肃环县和宁夏盐池、同心等县部分地区人畜饮水困难、防治地方病、发展农业灌溉、改善生态而兴建的一项扬水工程。一期已成工程是该供水工程的骨干部分，于1990年7月开工建设，1997年试通水至定边县城。但一期工程远远满足不了县城实际发展需要的水量。2008年11月，国家正式批复建设陕甘宁盐环定扬黄定边供水续建工程。续建工程共设加压泵站10座，现以安边1纪畔1级泵站（以下简称安1纪1）为例，论述了主变压器容量及型式的选择。
2.泵站主变压器台数的选择
在满足同样的负荷要求下，可以选择一台较大容量的变压器，也可以选用两台或两台以上较小容量的变压器。一般来说，两台或多台变压器的基建投资、占地面积及变电所内的其他电气设备的投资要比一台变压器多，但两台变压器运行较灵活，在泵站运行负荷较少时刻切除其中一台，这样的话，运行的另一台变压器的负荷率提高了，因而功率损耗减少，效率提高。此外，如果某一台变压器出现事故、需要检修的话，另一台变压器仍可保持供电，这样就提高了运行的可靠性和灵活性。但究竟要选用一台变压器还是多台变压器，最好通过方案比较后再确定。根据一些经验，通常泵站的负荷在1000kVA以下时，宜选用一台变压器；负荷在1000kVA以上时，宜选用两台变压器。
3.主变压器容量的选择
根据《泵站设计规范》（GB50265-2010），主变压器的容量应根据泵站的总计算负荷以及机组启动、运行方式确定，当选用两台以及上变压器时，宜选用相同型号和容量的变压器；当选用不同容量和型号的变压器且需并列运行时，应符合变压器并列运行条件。
如果变压器容量选择过小，将造成过负荷，烧毁变压器；若选择过大，又会使电网的功率因数降低，损耗增大，投资提高，造成浪费。因此，主变压器容量的合理选择尤为重要。
根据《机电排灌设计手册》（第二版），变压器的容量通常按下式计算：
式中，—变压器的额定容量（kVA）;
—电动机的额定功率（kW）；
—电动机的功率因数；
—电动机的效率；
—其它负荷容量（kW），包括照明负荷等；
—其它负荷同时系数，一般照明取0.8～0.9；
—电动机负荷系数，可由下表查得，表中为水泵的轴功率（kW）。
根据水工专业所提水泵的轴功率及站用负荷，计算主变压器的容量如下：
安1纪1中，纪畔1级站1#～2#水泵的最大轴功率=47.1kW，则1#～2#电机=55kW（2用）；纪畔1级站3#～4#水泵的最大轴功率=38.7kW，则3#～4#电机=45kW（1用1备）；安边1级站5#～9#水泵的最大轴功率=67.2kW，则5#～9#电机=75kW（4用1备），
应选择1台630kVA主变压器。
但《泵站设计规范》（GB50265-2010）中10.3.2的第1条：“主电动机的容量应按水泵运行可能出现的最大轴功率选配，并留有一定的储备，储备系数宜为1.10～1.05。”
也应选择1台630kVA主变压器。
但从上面两次的计算结果不难看出，按照1992年版的《机电排灌设计手册》（第二版）中计算出的结果略小于按新版《泵站设计规范》中计算出的结果，主要是由于所取的电动机负荷系数值不同而导致的。其实，按新规范中的“储备系数宜为1.10～1.05”取值，选取的变压器容量稍大，更為可靠。
4.主变压器类型的选择
变压器的种类繁多，从相数来看，分为单相、三相和多相变压器。从每相绕组数目来看，可分为单绕组、双绕组、三绕组和多绕组变压器。但泵站工程中，通常选用三相双绕组变压器。如果需要两级电压供电，可以采用三绕组变压器。从冷却方式来看，有以空气为冷却介质的干式变压器，以油为介质的油浸变压器。
虽然油浸式变压器比干式变压器价格略低，但变压器油具有可燃性，对人体有害，而且变压器油需要定期检查维护，增加泵站后期的运行成本。
鉴于安1纪1泵站场地的限制，综合考虑，最终选择1台箱式变压器（内装1台干式变压器SCB11-630/10）。下图为油浸式变压器和箱式变压器的比照图（左为牛家口子泵站，右为安1纪1泵站）。
5.变压器的效率特性与效率
1)损耗：变压器在运行时将产生损耗，分为铜耗和铁耗,每一类包括基本损耗和杂散损耗。基本铜耗是指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗。杂散铜耗指漏磁场引起电流集肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。铜耗与绕组的温度有关，一般都用75℃时的电阻值来计算。基本铁耗是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。杂散铁耗包括叠片之间的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗可近似认为与或成正比,由于变压器的一次电压保持不变,因此铁耗可视为不变损耗。
2）效率：变压器的输入功率减去内部的总损耗,可得输出功率,即
因此,变压器的效率为
3）效率特性：指一次侧外施额定电压、二次侧负载功率因数不变时，变压器的效率随负载电流变化的规律，即。考虑到：
,
其中，为归算到二次侧时变压器的短路电阻，略去二次绕组的电压变化对效率的影响时，效率可表示为：
即为变压器的效率特性。
额定负载时变压器的效率称为额定效率,这是变压器的另一个主要性能指标，通常电力变压器的额定效率。
4）最大效率及最佳负载率：从效率特性可见，当负载达到某一数值时，效率将达到其最大值。将上式对负载电流求导数，并令之为零，可得。
由此可看出，当效率达到最大时，变压器的铜耗恰好等于铁耗，即可变损耗等于不变损耗。考虑到变压器的空载损耗基本上等于铁耗，短路损耗基本上等于铜耗，用额定电流时的短路损耗表示时，，所以，发生最大效率时：，此时负载电流的标幺值为。
即变压器的有功最佳负载率
变压器的综合最佳负载率
其中，无功空载损耗与铁芯有关，而与负荷无关，，无功漏磁损耗，K为变压器的无功损耗对网络造成的有功损耗系数，一般取0.02～0.1。
以安1纪1选取的630kVA变压器为例，比较SCB9型和SCB11型的负载率：
SCB9-630/10型：
SCB11-630/10型：
由计算结果可以看出，SCB11型的负载率与最佳负载率比SCB9型的更为接近。尽量使变压器的负载率在接近最佳负载率的情况下运行会更加节能，从而节约运行费用。
6.结束语
陕甘宁盐环定扬黄定边供水续建工程安边1纪畔1级泵站所选用的主变压器是近年来泵站工程设计中应用较为广泛的类型，希望对今后的设计工作有一定的借鉴、参考价值。
综上所述，根据设备运行的具体情况以及变压器的选择原则，合理选择变压器可以有效地提高能源利用效率，产生更大的能效，对于解决我国电力资源紧缺、建立节约型社会有着显著的意义。
参考文献
【1】GB50265-2010泵站设计规范
【2】 GB50052-2009供配电系统设计规范
【3】工业与民用配电设计手册（第三版）；中国电力出版社，2005年10月
【4】 机电排灌设计手册（第二版）；1992年版
【5】电力工程电气设计手册（电气一次部分）；中国电力出版社，1989年12月
关键词：变压器，选择，容量，效率
中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：
1.工程概况
陕甘宁盐环定扬黄定边供水工程是为解决革命老区陕西定边、甘肃环县和宁夏盐池、同心等县部分地区人畜饮水困难、防治地方病、发展农业灌溉、改善生态而兴建的一项扬水工程。一期已成工程是该供水工程的骨干部分，于1990年7月开工建设，1997年试通水至定边县城。但一期工程远远满足不了县城实际发展需要的水量。2008年11月，国家正式批复建设陕甘宁盐环定扬黄定边供水续建工程。续建工程共设加压泵站10座，现以安边1纪畔1级泵站（以下简称安1纪1）为例，论述了主变压器容量及型式的选择。
2.泵站主变压器台数的选择
在满足同样的负荷要求下，可以选择一台较大容量的变压器，也可以选用两台或两台以上较小容量的变压器。一般来说，两台或多台变压器的基建投资、占地面积及变电所内的其他电气设备的投资要比一台变压器多，但两台变压器运行较灵活，在泵站运行负荷较少时刻切除其中一台，这样的话，运行的另一台变压器的负荷率提高了，因而功率损耗减少，效率提高。此外，如果某一台变压器出现事故、需要检修的话，另一台变压器仍可保持供电，这样就提高了运行的可靠性和灵活性。但究竟要选用一台变压器还是多台变压器，最好通过方案比较后再确定。根据一些经验，通常泵站的负荷在1000kVA以下时，宜选用一台变压器；负荷在1000kVA以上时，宜选用两台变压器。
3.主变压器容量的选择
根据《泵站设计规范》（GB50265-2010），主变压器的容量应根据泵站的总计算负荷以及机组启动、运行方式确定，当选用两台以及上变压器时，宜选用相同型号和容量的变压器；当选用不同容量和型号的变压器且需并列运行时，应符合变压器并列运行条件。
如果变压器容量选择过小，将造成过负荷，烧毁变压器；若选择过大，又会使电网的功率因数降低，损耗增大，投资提高，造成浪费。因此，主变压器容量的合理选择尤为重要。
根据《机电排灌设计手册》（第二版），变压器的容量通常按下式计算：
式中，—变压器的额定容量（kVA）;
—电动机的额定功率（kW）；
—电动机的功率因数；
—电动机的效率；
—其它负荷容量（kW），包括照明负荷等；
—其它负荷同时系数，一般照明取0.8～0.9；
—电动机负荷系数，可由下表查得，表中为水泵的轴功率（kW）。
根据水工专业所提水泵的轴功率及站用负荷，计算主变压器的容量如下：
安1纪1中，纪畔1级站1#～2#水泵的最大轴功率=47.1kW，则1#～2#电机=55kW（2用）；纪畔1级站3#～4#水泵的最大轴功率=38.7kW，则3#～4#电机=45kW（1用1备）；安边1级站5#～9#水泵的最大轴功率=67.2kW，则5#～9#电机=75kW（4用1备），
应选择1台630kVA主变压器。
但《泵站设计规范》（GB50265-2010）中10.3.2的第1条：“主电动机的容量应按水泵运行可能出现的最大轴功率选配，并留有一定的储备，储备系数宜为1.10～1.05。”
也应选择1台630kVA主变压器。
但从上面两次的计算结果不难看出，按照1992年版的《机电排灌设计手册》（第二版）中计算出的结果略小于按新版《泵站设计规范》中计算出的结果，主要是由于所取的电动机负荷系数值不同而导致的。其实，按新规范中的“储备系数宜为1.10～1.05”取值，选取的变压器容量稍大，更為可靠。
4.主变压器类型的选择
变压器的种类繁多，从相数来看，分为单相、三相和多相变压器。从每相绕组数目来看，可分为单绕组、双绕组、三绕组和多绕组变压器。但泵站工程中，通常选用三相双绕组变压器。如果需要两级电压供电，可以采用三绕组变压器。从冷却方式来看，有以空气为冷却介质的干式变压器，以油为介质的油浸变压器。
虽然油浸式变压器比干式变压器价格略低，但变压器油具有可燃性，对人体有害，而且变压器油需要定期检查维护，增加泵站后期的运行成本。
鉴于安1纪1泵站场地的限制，综合考虑，最终选择1台箱式变压器（内装1台干式变压器SCB11-630/10）。下图为油浸式变压器和箱式变压器的比照图（左为牛家口子泵站，右为安1纪1泵站）。
5.变压器的效率特性与效率
1)损耗：变压器在运行时将产生损耗，分为铜耗和铁耗,每一类包括基本损耗和杂散损耗。基本铜耗是指电流流过绕组时所产生的直流电阻损耗。杂散铜耗指漏磁场引起电流集肤效应，使绕组的有效电阻增大而增加的铜耗，以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。铜耗与负载电流的平方成正比，因而也称为可变损耗。铜耗与绕组的温度有关，一般都用75℃时的电阻值来计算。基本铁耗是变压器铁心中的磁滞和涡流损耗。杂散铁耗包括叠片之间的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。铁耗可近似认为与或成正比,由于变压器的一次电压保持不变,因此铁耗可视为不变损耗。
2）效率：变压器的输入功率减去内部的总损耗,可得输出功率,即
因此,变压器的效率为
3）效率特性：指一次侧外施额定电压、二次侧负载功率因数不变时，变压器的效率随负载电流变化的规律，即。考虑到：
,
其中，为归算到二次侧时变压器的短路电阻，略去二次绕组的电压变化对效率的影响时，效率可表示为：
即为变压器的效率特性。
额定负载时变压器的效率称为额定效率,这是变压器的另一个主要性能指标，通常电力变压器的额定效率。
4）最大效率及最佳负载率：从效率特性可见，当负载达到某一数值时，效率将达到其最大值。将上式对负载电流求导数，并令之为零，可得。
由此可看出，当效率达到最大时，变压器的铜耗恰好等于铁耗，即可变损耗等于不变损耗。考虑到变压器的空载损耗基本上等于铁耗，短路损耗基本上等于铜耗，用额定电流时的短路损耗表示时，，所以，发生最大效率时：，此时负载电流的标幺值为。
即变压器的有功最佳负载率
变压器的综合最佳负载率
其中，无功空载损耗与铁芯有关，而与负荷无关，，无功漏磁损耗，K为变压器的无功损耗对网络造成的有功损耗系数，一般取0.02～0.1。
以安1纪1选取的630kVA变压器为例，比较SCB9型和SCB11型的负载率：
SCB9-630/10型：
SCB11-630/10型：
由计算结果可以看出，SCB11型的负载率与最佳负载率比SCB9型的更为接近。尽量使变压器的负载率在接近最佳负载率的情况下运行会更加节能，从而节约运行费用。
6.结束语
陕甘宁盐环定扬黄定边供水续建工程安边1纪畔1级泵站所选用的主变压器是近年来泵站工程设计中应用较为广泛的类型，希望对今后的设计工作有一定的借鉴、参考价值。
综上所述，根据设备运行的具体情况以及变压器的选择原则，合理选择变压器可以有效地提高能源利用效率，产生更大的能效，对于解决我国电力资源紧缺、建立节约型社会有着显著的意义。
参考文献
【1】GB50265-2010泵站设计规范
【2】 GB50052-2009供配电系统设计规范
【3】工业与民用配电设计手册（第三版）；中国电力出版社，2005年10月
【4】 机电排灌设计手册（第二版）；1992年版
【5】电力工程电气设计手册（电气一次部分）；中国电力出版社，1989年12月