論變壓器降耗和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施

劉桂堯 王言玲

摘 要：變壓器在電能傳輸過程中起重要作用。在電力傳輸系統(tǒng)和配電網(wǎng)中，要通過變壓器改變電壓來實(shí)現(xiàn)大量電能的遠(yuǎn)距離傳輸和分配，而在傳輸電能過程中會產(chǎn)生一定的電量損耗，這些損耗主要來自鐵芯的空載損耗和繞組的負(fù)載損耗，即銅損和鐵損。這兩個損耗值是衡量變壓器是否為節(jié)能型變壓器的主要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變壓器；運(yùn)行研究；降耗運(yùn)行

1 我國節(jié)能變壓器的使用情況

目前，我國占有市場主導(dǎo)地位的是S11型和SC10型變壓器，同時越來越多的使用更加節(jié)能的非合金變壓器。變壓器降低能耗主要是通過導(dǎo)磁材料（硅鋼片）、導(dǎo)電材料（無氧銅導(dǎo)線或銅箔）及變壓器結(jié)構(gòu)、工藝等方面技術(shù)的發(fā)展而實(shí)現(xiàn)的。另外在降低空載損耗方面通過調(diào)整鐵芯結(jié)構(gòu)及制造工藝也能達(dá)到很好的節(jié)能效果，如疊片式變壓器鐵芯采用全斜無孔不疊上磁軛工藝，卷鐵芯結(jié)構(gòu)則采用磁柱為圓截面或接近圓截面技術(shù)等，均從工藝上降低了損耗，尤其是空載損耗。

2 使用節(jié)能型變壓器

使用新型變壓器是節(jié)能降耗重要措施，在電網(wǎng)改造過程中，將高耗能老舊變壓器逐步更換節(jié)能型變壓器是降低電網(wǎng)損耗的首要方法。

2.1 卷鐵心配電變壓器（S11型）

這種變壓器適用范圍廣，性能水平較S9型有較大提高。其優(yōu)點(diǎn)主要有：變壓器的空載損耗降低約為15-30%，根據(jù)其容量而變化；對噪音的有效控制方面，一般可做到40-50d以下，此外是對空載電流的控制上，一般為疊片鐵心的55%。

2.2 干式變壓器

干式變壓器的特點(diǎn)是：構(gòu)造簡單從而方便運(yùn)行維護(hù)、且具有阻燃、防塵等效果，適用于有較高要求的變配電場所。干式變壓器主要是環(huán)氧樹脂干式和浸漬式干式兩種。SC（B）10型節(jié)能系列比SC（B）9型空載損耗降低約為13%，負(fù)載損耗降低約為4.8%。

2.3 非晶合金變壓器

非晶合金變壓器是上世紀(jì)七十年代開發(fā)研制的一種節(jié)能型變壓器。到上世紀(jì)八十年代末實(shí)現(xiàn)了商品化。由于使用了一種新的軟磁材料——非晶合金，具有高導(dǎo)磁率、低矯頑力、高電阻率、低鐵損的特點(diǎn)，其性能遠(yuǎn)勝于其它硅鋼類變壓器，空載損耗相比硅鋼片類變壓器減少約為68%～79%。

2.4 單項(xiàng)卷鐵芯變壓器

由于單相變壓器可以直接安裝在用電負(fù)荷中心，縮短了供電半徑，改善了電壓質(zhì)量，降低了低壓線路損耗，用戶低壓線路的投資也大大降低。而使用單相卷鐵芯變壓器，對供電質(zhì)量如電壓降、高次諧波都有明顯改善。但我國的配電網(wǎng)多為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，單相變壓器需做成相——相全絕緣式接線，其造價高于國外相——地界限的單相變壓器；另外單相變壓器價格偏高，在具體使用時需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較。

2.5 有載調(diào)壓變壓器

有載調(diào)壓變壓器是一種在線路負(fù)荷沒有被斷開的情況下，通過調(diào)整變壓器器身上的有載調(diào)壓開關(guān)，來改變變壓器一次側(cè)繞組，從而使二次輸出電壓保持穩(wěn)定的配電變壓器。在帶負(fù)荷情況下自動調(diào)壓，保障配電變壓器和低壓負(fù)荷運(yùn)行在最佳工況，而顯著的降低配電及低壓網(wǎng)絡(luò)的損耗。

3 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的相關(guān)要求

3.1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的含義

變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在技術(shù)經(jīng)濟(jì)允許、保證電網(wǎng)安全運(yùn)行、保證電力系統(tǒng)供電質(zhì)量、滿足供電量的基礎(chǔ)上，有效利用電力系統(tǒng)中的各類變（配）電設(shè)備和電力傳輸設(shè)施，降低變壓器的有功功率損耗和無功功率損耗，提高供電側(cè)和用電測的功率因數(shù)，從而最大限度的降低變壓器和電網(wǎng)的損耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)電降耗的目的。

3.2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求

（1）安裝備用變壓器的用電單元應(yīng)優(yōu)先選用功率損耗率小的節(jié)能型變壓器投入運(yùn)行。（2）存在多臺變壓器并列運(yùn)行的用電單元，應(yīng)遵循負(fù)載變化規(guī)律，優(yōu)化最佳組合方式運(yùn)行，在合理的負(fù)載區(qū)間內(nèi)投切變壓器，使得綜合損耗最小。（3）在安全、經(jīng)濟(jì)、合理的條件下，優(yōu)化選擇變壓器經(jīng)濟(jì)總量。用增加變壓器容量后所節(jié)約的降耗費(fèi)用與增加的容量投資進(jìn)行比較，計(jì)算出投資收益的回收期，并分析節(jié)點(diǎn)經(jīng)濟(jì)效益，合理選取變壓器經(jīng)濟(jì)容量。（4）在技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合分析下，采取更換或改造變壓器來達(dá)到變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。逐步淘汰能耗高的老舊變壓器、降低電網(wǎng)損耗。

4 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施

4.1 變壓器三相平衡措施

調(diào)整變壓器負(fù)載，使三相趨于平衡。

4.2 并聯(lián)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行措施

首先應(yīng)當(dāng)滿足并列運(yùn)行條件，并合理選擇變壓器的臺數(shù)和容量，以保證變壓器在合理的負(fù)荷率下維持高效率運(yùn)行，并列運(yùn)行變壓器的臺數(shù)應(yīng)以總功率損耗最小為原則。

4.3 高耗能變壓器改造

4.3.1 改善鐵芯和繞組的設(shè)計(jì)

高耗能變壓器損耗高的原因：一是鐵芯選型及制造工藝不良，使用的硅鋼片太厚、硅鋼片及其安裝質(zhì)量差、設(shè)計(jì)磁通密度高、鐵損大；二是繞組匝間電壓設(shè)計(jì)偏高，勵磁電流較大，導(dǎo)線截面積小，電流密度大，造成銅損高。從鐵芯疊片的角度講，變壓器的空載損耗的大小與硅鋼片性能優(yōu)劣、質(zhì)量及磁感應(yīng)強(qiáng)度有關(guān)，其中渦流損耗與硅鋼片厚度的平方成正比?？蛰d損耗：變壓器的二次繞組處于開路狀態(tài)，在其一次繞組施加額定頻率大小的額定電壓時，所消耗的有功功率的值稱為空載損耗。算法如下：空載損耗=空載損耗工藝系數(shù)×單位損耗×鐵心硅鋼片重量，其中空載損耗工藝系數(shù)與鐵心工藝和結(jié)構(gòu)有關(guān)，單位損耗是硅鋼片單位損耗，正比與最大磁通量的平方。當(dāng)變壓器的額定電流一定時，變壓器的負(fù)載損耗與高低壓側(cè)繞組的直流電阻、繞組的結(jié)構(gòu)形式、換位質(zhì)量、油箱壁上有無屏蔽等因素有關(guān)，其中繞組損耗找有功損耗的80%以上。由此可見，鐵芯的損耗和線圈的損耗將占變壓器總損耗的大部分功率，改善鐵芯和繞組的設(shè)計(jì)及安裝質(zhì)量，是降低變壓器損耗的主要途徑。

4.3.2 調(diào)容法

對配電變壓器的繞組進(jìn)行重新繞制，通過無勵磁調(diào)容開關(guān)改變接線方式及繞組本身的串并聯(lián)，在保持額定輸出電壓不變的情況下，來改變變壓器的額定容量。調(diào)容量變壓器是將變壓器的一、二次線圈各分成兩段，每段保持原有匝數(shù)，導(dǎo)線截面積減少一半，根據(jù)負(fù)荷情況，通過一只調(diào)容開關(guān)調(diào)整變壓器繞組的串聯(lián)或并聯(lián)。串并聯(lián)調(diào)容損耗：串聯(lián)容量為額定容量的1/2，并聯(lián)為額定容量，空載損耗為并聯(lián)損耗的1/4、負(fù)載損耗兩者相同、空載無功損耗小于并聯(lián)損耗的1/8。

4.4 提高變壓器功率因數(shù)

無功補(bǔ)償提高負(fù)荷的功率因數(shù)，是增加無功出力和降低電網(wǎng)損耗的重要措施。隨負(fù)荷功率因數(shù)的提高，變壓器的有功和無功損耗都要降低。同時由于無功補(bǔ)償使變壓器的功率因數(shù)提高增加了變壓器的容量利用率，也就減少了變壓器本身的電壓降。在電力系統(tǒng)中，加裝電力電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償可提高功率因數(shù)，減少電動機(jī)、感應(yīng)電爐、電焊機(jī)等設(shè)備消耗的無功功率，從而改變功率因數(shù)。隨功率因數(shù)的提高，減少電力線路中的電流。變壓器的銅損是一、二次線圈電阻損耗電能之和，與線路負(fù)載電流的平方成正比，從而提高功率因數(shù)可降低變壓器的損耗。

5 結(jié)束語

變壓器在電力傳輸系統(tǒng)中是重要的耗能設(shè)備，其節(jié)能水平的高低關(guān)乎企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對老、舊配電變壓器的逐步更換，可以促進(jìn)企業(yè)自身節(jié)能降耗，產(chǎn)生可觀經(jīng)濟(jì)效益，對當(dāng)下的節(jié)能減排形式都是十分有益的。

參考文獻(xiàn)

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