電力變壓器的損耗研究與優化方法

楊洋

摘 要：電力變壓器在電力系統具有十分重要的作用，是電網運行過程中重要組成部分。變壓器設計的環節包括電力生產過程、電力輸送過程以及電力分配過程，每一環節都需要經過變壓器的處理才能確保安全穩定的使用。我國電網的發展速度隨著社會的發展也不斷加快，由于一次能源使用量越來越大，石油和煤炭的需要量逐漸擴大，資源使用量過大導致的資源短缺問題也越來越多的受到重視，因此在電力系統采用節能型變壓器的需求也越來越高。

關鍵詞：電力變壓器；損耗；研究；優化

電力變壓器在實際生活中具有十分廣泛的應用效果，沒有變壓器的參與電網的運行將會陷入癱瘓，因此變壓器在整體電網中的作用十分明顯。隨著社會發展速度的不斷增加，人們對于環境問題和資源問題的重視程度不斷提高，變壓器在使用過程中，可能存在的不必要的資源損耗導致損耗較大，因此需要對其進行一定措施的處理。目前國內外的研究人員關于電力變壓器漏磁以及附加損耗的研究相對比較多，但是由于本身的計算方法存在一定的誤差，因此還沒有良好的對這一問題解決，在目前的變壓器設計和制造過程中，還沒形成一個系統化的全面計算軟件，變壓器的設計人員大部分采用過去的解析方法和半經驗法來進行計算處理。解析法的作用在于其本身雖然有比較多的簡化計算和假設，因此本身對于復雜的工程問題不能保證具有足夠的精確度，但是本身的物理模型比較清晰，因此在實際使用過程中，相對比較普遍。

1 降低電力變壓器負載損耗的研究

變壓器負載損耗指的是額定電流和參考溫度下的損耗。額定電流指的是在進行側分接是只能是主分接，不能利用其它的分接措施。參考溫度的參考標準是對于變壓器材料本身絕緣效果的耐熱性。

1.1 負載損耗分析

變壓器存在負載耗損的位置包括四個部分，分別是繞組導線環流和渦流損耗、引線損耗以及漏磁在鋼鐵結構件中出現的雜教損耗。通長情況下，格電阻損耗被稱為基本損耗，其他的損耗成為附加損耗，基本損耗在整體的負載損耗中占據比較大的部分。在過去的研究資料中，通常會把線圈中的損耗成為線圈渦流損耗，而對除了線圈之后的其余金屬結構件產生的附加損耗成為雜散損耗。由于線圈本身與導線之間的關系是并聯的，因此將線圈附加損耗再次進行細分，環流和渦流兩種損耗說明的是兩種不同的漏磁效應。環流損耗是兩者之間成并聯關系的導致形成的回路電流產生的損耗值，后一種在各個導體體積電流的損耗值。

1.2 渦流損耗

由于變壓器的漏抗是由漏磁場的大小以及分布情況所確定的，同時漏抗的大小也能決定變壓器的阻抗值，因此可以通過漏磁場的情況來分析變壓器附加損耗的變化規律。漏磁場在然組中會形成一定的渦流損耗，在油箱和結構件中會存在部分雜散損耗。

1.3 環流損耗

隨著變壓器總體制造容量的提高，計算技術的發展水平逐漸上升，為更深入的研究附加損耗提供了基礎。與此同時由于在電力行業中公認的在漏磁場和渦流場中計算存在較大的暗度，因此很多專家都想要攻克這一難題，使得目前的變壓器技術研究呈現白熱化的形式，但是對于線圈環流問題的研究卻沒有更多的關注度。雖然在某些理論研究中得出了相應的結論，但是沒有引起較大的反響，因此在很長時間內都沒有得到改進。在變壓器制造廠中仍然按照過去的經典的方法來進行相應的數據計算工作，因此計算環流耗損的公式也是將漏磁場進行假設之后推導出來的，本身的局限性比較明顯，只能得出一個比較接近的數據，不能準確的得到結論。

2 220KV電力變壓器負載耗損超標分析

通常情況計算安匝平衡時都是利用手冊結合線匝的排布情況進行計算，將其分割成幾個部分來計算，認為每個部分內安匝是均勻分布的，其次調整每個繞組所對應高度的值，使其能夠比較接近或者相等，從而更準確的計算安匝占繞組總安匝百分數的比值，同時計算然組之間的不平衡安匝，根據這些數據來繪制平衡安匝分布圖，最后利用安匝平衡計算結果和經驗公式來確定繞組軸向力和輻向力的大小。如果能夠有效的滿足要求，則說明該方法可行；如果不能滿足實際要求，則需要對其進行調整。

通過漏磁場有限元分析軟件展示出的圖形可以發現漏磁場的分布情況與磁勢的分布存在著一定的差別，傳統的經驗公式帶來的誤差明顯放大。通過漏磁場分析軟件來對相應數據進行計算，同時根據不同的產品進行驗證，經過對比之后發現不平衡安匝以及邊界條件確定的輻向漏磁在繞組中產生的影響是巨大的。

3 變壓器優化設計

變壓器的主要構成部分是貼心和繞組兩個部分，在性能的提升方面需要參考比較多的關系才能確定，而且在優化過程中有比較的模糊因素和非線性因素需要處理。想要完成對于變壓器的優化過程，就必須全面的解決一項數學問題，該數學問題的特點是具有多種約束條件、變量數量較多、本身為非線性變化規律，同時目標函數的極值點很多。在傳統解決方案中，可以將局部位置的最優點進行收斂處理，但是很難保證全局都達到最優解的條件，特別是在處理模糊因素以及離散變量的過程中存在比較多的問題。

在本次優化過程中，第一步的操作是進行電磁優化，這樣可以保證最終結果趨于最優點此方案，同時利用漏磁場和短路電動力等軟件進行處理和校正，確定出合適的電磁屏蔽和磁屏蔽條件，結合原材料以及工藝設備的情況提升產品的可靠性，降低原材料使用量，實現高短路機械強度、損耗低、局放低、噪音低的目的，進而逐漸將其調整至其他電力變壓器的條件下，進行技術研究。

4 結語

通過對優化方案的選擇，在變壓器的制造過程中有效的降低材料的消耗，保證經濟效益能夠達到較高的水平。在用戶角度而言，不僅能夠為國家的節能減排做出一定的貢獻，同時在使用過程中也能有效的降低使用量，降低自身的經濟支出。在提高變壓器的短路強度要求中，能夠有效降低輻向漏磁，降低繞組短路的應力，因此達到有效的提升變壓器的抗短路能力的目的。電力變壓器是保證電網正常運行重要設備之一，其損耗量的大小對于整體電網的成本控制具有重要作用，同時，降低損耗在另一角度而言就是提升電力企業的經濟效益，保證企業的整體發展競爭力。

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