程宗慶

(重慶市城市照明管理局，重慶 404100）

1 變壓器容量的選擇

隨著我國改革開放和經(jīng)濟建設(shè)速度的不斷深入、城鎮(zhèn)化建設(shè)進程的加快，城市照明越來越受到各方的關(guān)注和重視。為有效減少對電網(wǎng)的影響，改善城市照明系統(tǒng)供電質(zhì)量，提高路燈的亮燈率，提升綠色照明水平，提高城市道路照明的供電安全水平和節(jié)能降耗效果，在我國已經(jīng)有越來越多的城市照明工程開始大量采用道路照明專用變壓器。那么，作為道路照明行業(yè)的電氣技術(shù)人員應該如何合理地設(shè)計選擇此類電力變壓器的容量呢?

通常情況下，我們一般會按常規(guī)的電力變壓器設(shè)計選擇原則，習慣于以道路照明專用變壓器的負荷率不宜大于70%來選定變壓器容量。因為一般配電變壓器的負載率在0.5～0.6之間效率相對最高，此時變壓器的容量稱為經(jīng)濟容量，但是，這有一個前提，就是負載相對穩(wěn)定，而且是在連續(xù)生產(chǎn)的情況下才可按經(jīng)濟容量選擇變壓器容量。此外，隨著新型鐵芯材料、新型絕緣材料、新型通風降溫技術(shù)以及新型電力變壓器保護技術(shù)陸續(xù)在電力變壓器上的運用，變壓器的理論最佳負荷率已經(jīng)明顯下降(表1）。

道路照明專用變壓器負荷的特殊性有以下3點。

(1）白天照明設(shè)施關(guān)閉，變壓器處于空載運行狀態(tài);

(2）前半夜照明設(shè)施全開，變壓器處于滿負荷運行狀態(tài);

(3）后半夜景觀燈關(guān)閉，功能照明節(jié)電措施投運，此時變壓器減負荷運行。

且變壓器在夏季高溫時段運行時間明顯短于冬季低溫時段(見表2）。再結(jié)合變壓器本身負載能力的特性，我們可以嘗試重新審視和考慮路燈專用變壓器容量的選擇問題。

表1 S11—M50～1000/10系列三相油浸無載調(diào)壓配電變壓器理論最佳負荷率

表2 常州地區(qū)各月份日平均開燈時長 單位:小時

2 壽命的影響因素

變壓器所能帶負荷大小是以不犧牲變壓器正常使用壽命為前提，變壓器的正常使用壽命取決于絕緣的老化速度，而絕緣的老化速度又主要取決于變壓器運行的溫度，絕緣材料的耐熱分級和長期使用的極限溫度見表3。極限溫度是指最熱點溫度。根據(jù)長期使用經(jīng)驗，要保證變壓器的使用壽命不低于20年(經(jīng)濟使用壽命），其所用絕緣材料長期使用的極限溫度要比表3的數(shù)值略低，如油浸式變壓器絕緣(A級）長期使用的極限溫度應為98℃。

表3 絕緣材料的耐熱分級

顯然，絕緣材料長期運行的溫度越低，絕緣老化越慢，使用壽命也越長，反之，長期運行的溫度越高，絕緣老化越快，使用壽命也越短。變壓器絕緣的使用壽命和長期運行溫度的關(guān)系，根據(jù)運行經(jīng)驗，可用下式表示

式中，t是絕緣運行溫度(℃），不超過140℃。

由上式可看出:

(1）當t=98℃時，使用壽命A=20年(正好是經(jīng)濟使用壽命）;

(2）當t=104℃時，使用壽命A=10年;

(3）當t=92℃時，使用壽命A=40年。

即溫度每升高(或降低）6℃，絕緣老化壽命降低一半(或提高一倍），這被稱為“6度定則”。

顯然，為保證變壓器的使用壽命，必須對線圈的工作溫度加以限制。我國國家標準《電力變壓器》中規(guī)定:變壓器在額定容量和額定使用條件下長期工作時，線圈的溫升(對環(huán)境溫度）應不超過表4的規(guī)定。

表4 線圈的溫升限值(平均溫升，電阻法）

額定使用條件中環(huán)境溫度的規(guī)定為以下2方面。

(1）空氣或吹風冷卻的氣溫自然變化值:最高溫度40℃，最高日平均溫度30℃，最高年平均溫度20℃，最低溫度－40℃。

(2）水冷卻的水溫自然變化值:最高溫度25℃。

以油浸式變壓器為例:環(huán)境空氣年平均溫度為20℃，額定運行時線圈(對空氣）的平均溫度不超過65℃，線圈最熱點比線圈平均溫升高約13℃(一般油循環(huán)），也就是線圈絕緣最熱點溫度不超過20℃ +65℃ +13℃ =98℃，可以保證長期在空氣年平均溫度20℃下，以額定負荷長期運行，線圈的絕緣使用壽命在20年以上。實際上大自然的氣溫并不是始終保持在20℃，變壓器以額定負荷長期運行時，夏日氣溫高，線圈絕緣的運行溫度高于98℃，實際使用壽命損失要大些;冬天氣溫低，線圈絕緣的運行溫度低于98℃，實際壽命損失要小些，二者大致互相補償。如在一天24小時內(nèi)，若統(tǒng)計出2小時的老化率為2，10小時的平均老化率為1，12小時的平均老化率為0.8，則2×2+10×1+12 ×0.8=23.6，計算結(jié)果略低于24，由此可認為其正常壽命損失為24小時。圖1為某油浸自冷電力變壓器在4種不同環(huán)境溫度正常壽命下的過負荷曲線圖。

圖1 不同環(huán)境溫度變壓器正常壽命下的過負荷曲線

圖1中:K1為初始負載相對于額定容量的倍數(shù);

K2為各環(huán)境溫度下能持續(xù)時間t的峰值負載倍數(shù);

t為運行持續(xù)時間，單位是小時(h）;

θα是環(huán)境溫度。

同時，變壓器過負荷運行，通常不應超過國家標準關(guān)于變壓器過負荷能力的規(guī)定(見表5，正常壽命，過載前已帶滿負荷，環(huán)境溫度40℃）。變壓器在各種環(huán)境溫度和使用條件下，其所允許的過負荷，均應在絕緣老化可以接受的限度內(nèi)，并且線圈最熱點溫度不超過140℃。

表5 變壓器過載的允許時間

表5中的數(shù)值是按照油浸式電力變壓器負載導則的計算值。

3 小結(jié)

綜上所述，我們可以看出，在不影響變壓器正常壽命的情況下，完全可以適當提高變壓器的負載率來提高變壓器的利用率。正常情況下，路燈專用變壓器的負荷特點決定了其即使負載率達到100%，其使用壽命也將遠大于設(shè)計的正常使用壽命。而且，當前變壓器的更新淘汰往往不是因為達到了使用壽命，而是由于新技術(shù)、新材料不斷涌現(xiàn)而導致的升級換代。因此，實際使用中，可以考慮突破路燈專用變壓器70%負荷率的限值，來達到設(shè)施物盡其用的目的。

［1］GB/T 15164—94油浸式電力變壓器負載導則［S］

［2］GB 1094電力變壓器［S］

［3］CJJ 45—2006城市道路照明設(shè)計標準［S］