船用變壓器

隨着船舶大型化和電力推進的應用，船電系統的變壓器狀況發生率很大的變化。近幾年來，採用交流高壓電力裝置的船舶日益增多，船舶規範通常建議船舶交流高壓裝置的標稱系統電壓為3-15kv，並説明如有特殊需要，經船級社同意，可以採用更高的電壓。可作為電力網中供動力、照明、隔離用設備；絕緣等級可分B、F、H級；船用低壓變壓器容量為2000KVA及以下，電壓等級為1KV以下。船用重壓及海洋平台Satons變壓器容量為8000KVA及以下，電壓等級為10KV以下。 ^[1] 

在船舶低壓電力系統中,通常採用船用雙繞組乾式電力變壓器,大多為降壓型,主要用於向照明系統和部分相應電壓等級的設備供電;有的變壓器變壓比是1:1,主要用於對一些特定處所配電時進行安全隔離。由於低壓電力系統的變壓器容量不大,只要採用多極式低壓斷路器或開關加熔斷器對初級繞組進行短路保護,在初級或次級採用低壓斷路器或接觸器與熱繼電器的組合進行過載保護,便能滿足規範的要求。

隨着船舶大型化和電力推進的應用,船電系統的變壓器狀況發生了很大的變化。上世紀90年代年代中,我們將初級為10kV電壓等級的高壓乾式電力變壓器用於向船上的電力拖動設備供電,取得了降低電力損耗、減少電纜用量、縮小設備體積等效果。近幾年來,採用交流高壓電力裝置的船舶(海上設施)日益增多,船舶規範通常建議船舶交流高壓裝置的標稱系統電壓為3～15kV,並説明如有特殊需要,經船級社同意,可以採用更高的電壓。在選用變壓器時,船舶規範建議最好是採用適合於額定電壓的乾式類型,同時又提出可以選用符合IEC60076出版物標準或其他等效標準的液體冷卻變壓器。

液體冷卻的船用高壓電力變壓器採用帶壓力釋放裝置的全密封波紋箱體結構,箱內充填的是一種無毒、難燃、耐高温的特種液體,該液體與外界空氣隔絕,不會吸濕,不易氧化,允許實際運行最高温度為120℃,在壽命週期(30年以上)內無需濾液或換液,具有承載能力大、允許温升高、絕緣性能強、使用壽命長等優點。當前,電壓等級在10kV以上,具有抑制電流諧波畸變功能的液浸式高壓電力變壓器已在船電系統中投入運行,各種性能十分理想。採用高電壓、大容量的液浸式船用電力變壓器,已成為一種趨勢和需要。 ^[2] 

使用條件：

環境温度為：-25℃~45℃

相對濕度：≤95%(有變壓器安裝場所工作時產生的振動、衝擊)

搖擺角度：≤22.5°

傾斜角度：≤15°(有凝露、油霧、鹽霧和黴菌的影響)

船用電力變壓器是船電系統中的重要設備,若發生故障,將會對船電系統的正常運行造成嚴重影響。船用高壓電力變壓器的電壓等級高、容量大,又增加了液浸式類型,在保護方式上與船用低壓電力變壓器不完全相同。

綜合船舶規範對高壓裝置保護提出的原則要求,現將船用高壓電力變壓器的保護配置彙總,其彙總表見表1。

無論是乾式或液浸式船用電力變壓器,都無法安裝瓦斯繼電器,因而無法利用瓦斯保護和電流速斷保護配合起來對變壓器的內部故障進行保護,單獨的電流速斷保護並不能作為變壓器的主保護。為了確保變壓器安全、可靠運行,除了容量較小(一般在630kVA及以下)的變壓器,經驗算確認採用電流速斷保護已能滿足要求外,都應當配置縱聯差動保護作為主保護,而將電流速斷和過流保護作為後備保護。從差動原理可知,縱聯差動保護必須躲開差動迴路中的不平衡電流。變壓器兩側額定電流不相等時,兩側CT的變比也不相同,所以會因計算變比與實際變比不一致而產生不平衡電流;由於變壓器兩側接線方法不同而造成的電流相位差、兩側CT型號的差異、CT可能發生的斷線、分接頭的調節和勵磁湧流等原因都會產生不平衡電流。若用電磁式繼電器進行縱聯差動保護,雖然可以利用速飽和原理加平衡線圈和採用具有制動特性的差動繼電器來改善保護性能,但是二次線路較複雜,安裝調試時都比較麻煩,而且難以保證保護的精度。

如果對變壓器採用數字式保護裝置,便可以利用軟件容易改寫的特點、計算的實時性和自適應功能,來解決繼電保護裝置硬件所難以克服的問題。所以,船用高壓電力變壓器的繼電保護正在向數字式方向發展。 ^[2] 

變壓器冷卻方式主要有自然冷卻或強迫風冷、浸油冷卻和接觸強制冷卻三種。

適用於小型變壓器，有的安裝有散熱片，散熱片緊貼變壓器散熱面，該冷卻方式的安裝環境通風條件較好，可向環境自由釋放熱量。

適用於中大型變壓器，變壓器油箱作為鐵芯、繞組和介質液體的容器，變壓器的發熱通過介質液體-油帶走，浸油的冷卻根據需求不同又分為自然冷卻、風冷盤管冷卻和水冷卻器冷卻。

適用於微型電子設備（如集成電子元件）或不能向環境自由釋放熱量的場所，冷卻介質一般為淡水、油或絕緣液體，銅質容器緊貼發熱設備，熱量通過容器內的循環流動的冷卻介質帶走。 ^[3] 

當電力系統中的變壓器二次側發生短路時從短路發生到斷路器跳閘需要一定時間，在此段時間內變壓器繞組仍需承受幅值為穩態電流的20倍-30倍.短路電流的衝擊繞組中的電動力與短路電流的平方成正比，如果變壓器繞組承受短路能力不夠會造成變壓器繞組的損壞。因此變壓器設計時準確校核並可靠設計變壓器承受短路能力是至關重要的。變壓器短路電流的準確計算是變壓器承受短路能力計算的首要條件，而計算短路電流需首先準確計算出變壓器的短路阻抗。 ^[4]