變壓器的節(jié)能降耗

許橙

摘 要：變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的，不同電壓等級電能轉(zhuǎn)化的主要設(shè)備，節(jié)能降耗的實施，與電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性緊密相關(guān)。文章介紹了變壓器損耗的構(gòu)成，分析了變壓器損耗產(chǎn)生的原因，并在此基礎(chǔ)上，分析了變壓器的運(yùn)行現(xiàn)狀，認(rèn)識到變壓器的巨大節(jié)能潛力，變壓器電能轉(zhuǎn)換效率的節(jié)能降耗措施，保證配電變壓器安全穩(wěn)定，節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效運(yùn)行，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃、運(yùn)用新技術(shù)等方面，歸納了變壓器節(jié)能降耗的措施。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；變壓器；節(jié)能；降耗

引言

近年來，國內(nèi)智能電網(wǎng)建設(shè)的飛速擴(kuò)張，電網(wǎng)規(guī)模不斷發(fā)展，電力變壓器業(yè)向著高電壓、大容量方向發(fā)展。對配電網(wǎng)來說，電力變壓器的損耗占據(jù)了系統(tǒng)損耗的50%左右，容量約占整個配電網(wǎng)容量的10%以上，每年產(chǎn)生的電能浪費(fèi)十分巨大，要實現(xiàn)智能電網(wǎng)下電能的綠色、環(huán)保、集約應(yīng)用，提高配電電網(wǎng)電能供應(yīng)的經(jīng)濟(jì)可靠性，對于提高節(jié)約能源，緩解電力供應(yīng)短缺具有重要意義。

1 變壓器損耗及其產(chǎn)生原因分析

1.1 變壓器的損耗構(gòu)成

變壓器的節(jié)能降耗，就首先要分析國內(nèi)電力變壓器高度損耗的原因。變壓器主要由導(dǎo)線和鐵芯兩部分組成，同樣，其損耗包括有功功率損耗和無功功率損耗兩部分。

1.1.1 有功功率損耗

1.1.2 無功功率損耗

其中，I0%是指變壓器的空載電流占額定電流的百分比，UK%是指變壓器的短路電壓占額定電壓的百分比，S30和SN的含義與上文相同。變壓器的無功損耗主要與繞組電抗、負(fù)載電流有關(guān)。

1.2 變壓器損耗的產(chǎn)生原因分析

1.2.1 保持配電變壓器運(yùn)行三相負(fù)荷實時平衡

當(dāng)配電變壓器三相負(fù)荷處于不平衡狀態(tài)時，造成變壓器三相壓差過大，產(chǎn)生負(fù)序電壓，導(dǎo)致供電系統(tǒng)電壓波動，影響電壓質(zhì)量和供配電系統(tǒng)的安全可靠性運(yùn)行。變壓器某項繞組中負(fù)荷電流過大，導(dǎo)致該繞組銅損增大，增加變壓器損耗。負(fù)荷三相不平衡還會造成變壓器內(nèi)部磁路發(fā)生不平衡，形成大量的漏磁通，流經(jīng)銅皮，變壓器鐵心夾件等部件，就會發(fā)生發(fā)熱現(xiàn)象，增大變壓器內(nèi)部雜散損耗。

1.2.2 未達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

變壓器運(yùn)行有其最優(yōu)負(fù)荷率，只有在該條件下運(yùn)行，才能保證變壓器的最低損耗。配電網(wǎng)中無功容量的減少，勢必會導(dǎo)致整個系統(tǒng)功率因數(shù)COS∮值較低，從而增加了配電變壓器的系統(tǒng)損耗，增大了電能損失。采用SVC，SVG等無功補(bǔ)償裝置，可以實現(xiàn)配電網(wǎng)區(qū)域無功的動態(tài)平衡，使配電網(wǎng)負(fù)載電流降低，減少變壓器的有功損耗和無功損耗，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。目前很多電網(wǎng)的變壓器未能進(jìn)行合理的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，使得很多地區(qū)的變壓器一直不處于最優(yōu)的運(yùn)行工況下。

2 變壓器的節(jié)能降耗措施分析

隨著我國建設(shè)智能電網(wǎng)的規(guī)模不斷增大，國家將投入更多資金用于電網(wǎng)改造和升級，日益龐大的電網(wǎng)對節(jié)能技術(shù)提出了更高的要求。變壓器是電網(wǎng)中的能耗大戶，在此背景下，如果能夠較好的進(jìn)行變壓器的節(jié)能降耗，將給電網(wǎng)每年節(jié)約大量的電能。

2.1 加快變壓器的更新?lián)Q代

針對上文分析，降低變壓器能耗的首要問題，在于淘汰系統(tǒng)中的大量高能耗老舊變壓器，尤其是電壓較低的配電網(wǎng)，還存在大量在帶病低效工況下運(yùn)行的變壓器，應(yīng)加大投資，及時更換為低能高效的新型變壓器，如：非晶合金鐵芯變壓器、采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)系列變壓器等，新型環(huán)保低耗變壓器的使用，將為電網(wǎng)帶來可觀的節(jié)能效益。其中，采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)的變壓器能夠降低約10%-25%的空載損耗，在我國目前的電網(wǎng)改造工程中得到了較為普遍的應(yīng)用。

2.2 實現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

圍繞變壓器運(yùn)行的最優(yōu)負(fù)載率，結(jié)合電網(wǎng)的負(fù)荷變化規(guī)律，及時調(diào)整電網(wǎng)的負(fù)載，使之盡量運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，以85%-95%左右最佳。此外，優(yōu)化多臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行時的運(yùn)行模式，如下圖1所示為2臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行時，變壓器的有功損耗與負(fù)荷關(guān)系圖：

兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行時，其有功功率曲線△P1和△P12的交點(diǎn)SJ，即為并聯(lián)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，是兩臺變壓器并聯(lián)運(yùn)行時，電網(wǎng)的最佳負(fù)荷。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)載等于SJ，電壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的效果最佳。

2.3 優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行方式

電網(wǎng)的布局是否合理以及供電半徑選擇是否合理等因素，也與變壓器運(yùn)行有重要關(guān)系。要實現(xiàn)變壓器的節(jié)能降耗，首先，應(yīng)該充分考慮地區(qū)電網(wǎng)特征和規(guī)劃設(shè)計，在進(jìn)行電網(wǎng)的布局和規(guī)劃之初，就實現(xiàn)負(fù)荷中心的優(yōu)化配置，并盡量使變壓器靠近負(fù)荷中心，并增加環(huán)網(wǎng)提高供電可靠性。此外，在實際運(yùn)行中，盡量使電源向周圍輻射進(jìn)而降低供電半徑，通過增加導(dǎo)線截面積等方法，來起到分流降耗的作用，同時保持負(fù)荷運(yùn)行時三相平衡，避免因無功功率加大引起的變壓器損耗，影響變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.4 積極采用新技術(shù)

此外，隨著電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，各類新型的節(jié)能降耗技術(shù)也可以應(yīng)用于變壓器節(jié)能降耗領(lǐng)域。如諧波降耗也是近年來農(nóng)網(wǎng)中應(yīng)用較廣的一種方式，通過在變壓器上裝設(shè)有源濾波器，通過對負(fù)載的諧波補(bǔ)償來濾去變壓器上的諧波，降低因為各類高次諧波而產(chǎn)生的諧波損耗。根據(jù)統(tǒng)計，有源濾波器的使用能夠降低每臺變壓器約10%左右的損耗，具有良好的節(jié)能效果。

3 結(jié)束語

作為電力系統(tǒng)中變換和傳輸電能的重要設(shè)備，變壓器的節(jié)能降耗是電網(wǎng)運(yùn)行的重要之重。在智能電網(wǎng)大規(guī)模發(fā)展的背景下，積極研究變壓器的節(jié)能降耗措施，從變壓器的設(shè)計、選型、更新、運(yùn)行、監(jiān)視等方面，充分考慮電網(wǎng)特性，實現(xiàn)科學(xué)性、實用性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性等的和諧統(tǒng)一，才是智能電網(wǎng)下變壓器節(jié)能降耗的最優(yōu)發(fā)展道路。

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