淺談配電變壓器節(jié)能措施

黃 欣

（廣東粵港供水有限公司 ，廣東 深圳 518000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,用電量逐年增加,作為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能輸送與分配的重要設(shè)備之一,變壓器的用量也勢(shì)必不斷增長(zhǎng),變壓器的節(jié)能措施涵蓋在變壓器生產(chǎn)、使用、運(yùn)行等各個(gè)方面。但作為電氣設(shè)備其自身?yè)p耗也很大，在配電網(wǎng)線(xiàn)損中配電變壓器損耗占了60%以上，降低變壓器損耗是降低電網(wǎng)線(xiàn)損的關(guān)鍵。

1.配電變壓器節(jié)能降耗存在的問(wèn)題

1.1 變壓器容量選擇不夠合理

主要存在兩種情況：

(1)容量過(guò)大，負(fù)載率低，即所謂的“大馬拉小車(chē)”。(2)容量過(guò)小，過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，即“小馬拉大車(chē)”，故障頻繁，危及供電、供水安全。

1.2 三相電流不平衡較為嚴(yán)重

長(zhǎng)期以來(lái)，由于企業(yè)對(duì)配電變壓器三相負(fù)荷不平衡的運(yùn)行管理不夠重視，一直沒(méi)有一個(gè)考核管理辦法。由于三相電流不平衡，造成線(xiàn)損增加、變壓器發(fā)熱、故障率增加等現(xiàn)象，降低了變壓器利用率，威脅供水安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 安裝地點(diǎn)不夠合理，供電半徑較大

按照運(yùn)行規(guī)程及設(shè)計(jì)規(guī)程要求，配電變壓器應(yīng)設(shè)置在負(fù)荷中心，供電半徑不大于500m，但實(shí)際運(yùn)行中，有部分供水設(shè)備供電半徑接近或超過(guò)了500m，特別一些水庫(kù)閘門(mén)供電線(xiàn)路最遠(yuǎn)的達(dá)到了1O00m以上，造成末端電壓過(guò)低，電動(dòng)閘門(mén)啟閉困難。

2.配電變壓器的發(fā)展及損耗構(gòu)成

2.1 變壓器的發(fā)展

隨著科技發(fā)展，各種新型變壓器不斷涌現(xiàn)，變壓器鐵芯材料不斷更新，非晶合金以及其它新合金材料得到廣泛使用；新結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，鐵芯結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的疊片式改進(jìn)為連續(xù)卷鐵芯結(jié)構(gòu)，三相繞組出現(xiàn)立體式結(jié)構(gòu)。配電變壓器在節(jié)能降耗、降低噪音等方面有了突破性的發(fā)展，如S1 1型卷鐵芯變壓器空載損耗比同容量S9降低了25～30%。

2.2 變壓器的損耗構(gòu)成及有功負(fù)載損耗計(jì)算

變壓器的損耗分為空載損耗和負(fù)載損耗。空載損耗是變壓器在額定電壓下，鐵芯內(nèi)由勵(lì)磁電流引起磁通周期性變化時(shí)產(chǎn)生的損耗，僅與變壓器自身特性和運(yùn)行電壓有關(guān)，不隨負(fù)載的高低變化。負(fù)載損耗是變壓器在負(fù)載運(yùn)行時(shí)，一次、二次繞組流過(guò)電流，在繞組中產(chǎn)生的損耗，負(fù)載損耗不僅與配電變壓器自身特性有關(guān)，而且隨變壓器負(fù)載的變化而變化。

有功損耗計(jì)算公式如下：

△P=P0+β2PK (1)

式中：△P─配電變壓器有功功率損耗；P0─配電變壓器空載損耗；PK一配電變壓器額定負(fù)載損耗；β一配電變壓器負(fù)載率，β=S/SN；S、SN一配電變壓器實(shí)際運(yùn)行負(fù)載容量及

3.建設(shè)性措施

3.1 加快高能耗變壓器更新改造

新建及改造工程宜選用S1 l或其它新型變壓器，并應(yīng)逐步對(duì)舊有高損耗變壓器更新改造，以降低變壓器自身?yè)p耗。雖然增加了初始投資，但由于節(jié)電效果明顯，初始投資差價(jià)可以從降低損耗少付的電費(fèi)中低償，幾年內(nèi)即可收回差價(jià)投資。

3.2 合理選擇變壓器容量

變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量的計(jì)算與負(fù)荷的大小、狀態(tài)、性質(zhì)、變壓器的過(guò)載能力及制造廠(chǎng)家的工藝水平、材料等諸多因素有關(guān)，是一個(gè)復(fù)雜的課題。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的出發(fā)點(diǎn)和要求不同，導(dǎo)致變壓器容量大小的選擇也會(huì)有所不同。一般情況下，當(dāng)變壓器的負(fù)載損耗等于空載損耗時(shí)，變壓器的功率損耗最小，運(yùn)行效率最高。但對(duì)于一些新型變壓器，由于空載損耗很低，若單純追求最高效率，容易造成“大馬拉小車(chē)”。

3.3 做好交接試驗(yàn)，把好入網(wǎng)關(guān)

由于近幾年材料價(jià)格上漲以及變壓器生產(chǎn)廠(chǎng)商技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝參差不齊，生產(chǎn)出來(lái)的新變壓器性能參數(shù)不一定達(dá)到技術(shù)條件，主要表現(xiàn)為變壓器空載損耗。該部分變壓器的入網(wǎng)，必定增加損耗。但由于用電企業(yè)缺少必要的檢測(cè)設(shè)備，驗(yàn)收時(shí)主要查看變壓器廠(chǎng)商出廠(chǎng)檢驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)是否達(dá)到要求，很難檢測(cè)到變壓器實(shí)際參數(shù)，供電部門(mén)在投運(yùn)前一般也只做耐壓絕緣等項(xiàng)目的試驗(yàn)。

3.4 正確選擇變壓器安裝位置

變壓器應(yīng)盡量安裝在負(fù)荷中心，或最大負(fù)荷點(diǎn)。依照((中國(guó)南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則宜將供電半徑控制在以下范圍：A類(lèi)供電區(qū)為150m，B類(lèi)供電區(qū)為 250m，C類(lèi)供電區(qū)為400m，以確保末端電壓達(dá)到規(guī)程要求。且配電布線(xiàn)宜呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量避免采用鏈狀或樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。新建的水廠(chǎng)通常將變壓器室及低壓配電中心就近設(shè)置在反沖洗泵房側(cè)旁，以滿(mǎn)足反沖洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)等主要生產(chǎn)設(shè)備用電需求。

4.合理調(diào)整變壓器運(yùn)行方式

4.1 合理調(diào)整變壓器電壓

配電變壓器損耗另一種表示如下：

△PΣ=△PK+△Po=(P2+Q2)／U2×R+(U／UB)2Σ△P0(2)

式中：△PK、△P0一配電變壓器的負(fù)載損耗、空載損耗；

P、Q一配電網(wǎng)的有功功率、無(wú)功功率；U、UB一配電網(wǎng)運(yùn)行電壓、額定電壓；R一配電變壓器繞組的等效電阻。由上式可以看出，變壓器的空載損耗和運(yùn)行電壓的平方成正比，負(fù)載損耗和運(yùn)行電壓的平方成反比。變壓器在額定電壓下運(yùn)行，以其產(chǎn)生的損耗為基準(zhǔn)，通過(guò)調(diào)整變壓器分接開(kāi)關(guān)，使其運(yùn)行電壓在1.07U～0.95U范圍內(nèi)，對(duì)不同負(fù)載率所產(chǎn)生的總損耗是增加還是減少的百分?jǐn)?shù)是不同的。

運(yùn)行實(shí)踐表明：當(dāng)變壓器處于輕載或空載運(yùn)行，運(yùn)行電壓必然要升高，此時(shí)空載損耗占主導(dǎo)地位，因此必須通過(guò)調(diào)整分接開(kāi)關(guān)，降低輸入電壓，這不僅可保證供電電壓質(zhì)量，而且還有利于降低空載損耗；反之，在供電高峰期變壓器處于滿(mǎn)載運(yùn)行，其運(yùn)行電壓必然下降，此時(shí)負(fù)載損耗占主導(dǎo)地位。

4.2 調(diào)整三相負(fù)荷平衡，建立負(fù)荷不平衡運(yùn)行管理制度

不平衡電流的存在，不僅增加了變壓器損耗，也增加了低壓線(xiàn)路損耗，主要有：

（1）增加附加鐵損

由于三相負(fù)荷不平衡狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，在低壓側(cè)產(chǎn)生零序電流，對(duì)于Y，yn0接線(xiàn)的配電變壓器來(lái)說(shuō)，變壓器高壓側(cè)無(wú)中性線(xiàn)，高壓側(cè)不可能有零序電流，低壓側(cè)零序電流產(chǎn)生的零序磁通只能由變壓器的油箱壁及鋼鐵構(gòu)件中通過(guò)，磁滯和渦流在鋼鐵構(gòu)件內(nèi)發(fā)熱，增加損耗。且Y，yn0接線(xiàn)變壓器的零序電阻比正序電阻大得多，如315kVA變壓器的零序電阻是正序電阻的l5倍，零序電流產(chǎn)生的附加損耗非常大。

（2）增加附加銅損

配電變壓器三相不平衡運(yùn)行時(shí)三相繞組的附加損耗為：

△Pf={[(Ia一 Ib)2+(Ia一 Ic)2+(Ib—Ic)2]／3}×R (3)

Ia、Ib、Ic─分別為三相負(fù)荷電流;R一變壓器二次側(cè)繞組電阻

（3）增加線(xiàn)路損耗。

在三相電流不平衡時(shí)，有負(fù)序和零序電流分量，這時(shí)線(xiàn)路有功功率損耗為：

△P=3(I12Rl+I22R2+I2oR0)=3I2[(1+ε22)+ε02KR]R (4)

式中：R1、R2、R0、R 一分別為線(xiàn)路正序、負(fù)序、零序及單相線(xiàn)路等值電阻；KR=RO／R1一零序電阻與正序電阻比值系數(shù)，一般大于4；ε2=I2／I1、ε0=I0／I1一負(fù)序和零序電流的不平衡系數(shù)

從式(3)、(4)中可見(jiàn)，三相電流不平衡程度越大，有功功率損失也越多。所以應(yīng)建立不平衡度考核制度，高度重視不平衡度調(diào)整工作，各運(yùn)行班組應(yīng)定期測(cè)量變壓器三相負(fù)荷，及時(shí)調(diào)整負(fù)荷接入方式，力求變壓器三相電流平衡。

結(jié)束語(yǔ)。總之，變壓器在節(jié)能降耗的方面,具有很大的節(jié)能潛力。在建設(shè)初期選擇變壓器型式和容量時(shí)，不僅要考慮其性能和指標(biāo)，也要考慮經(jīng)濟(jì)、安全可靠性。

[1]李關(guān)定.配電變壓器節(jié)能淺析[J].上海節(jié)能，2009.11.

[2]張?bào)?再談配電變壓器節(jié)能和容量?jī)?yōu)化[J].建筑電氣，2010.01.